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土星是太陽系中最為奇特和壯觀的行星之一,它的光環遠遠看去如同一張巨大的密紋唱片,從土星赤道上空一直延伸到80,000公里遠的地方。土星環結構極其複雜,由七道寬窄不一的主環和環縫構成,環的厚度最薄處僅有10米,最厚的地方也不過1公里,簡直就像刀一樣鋒利。
科學界之前普遍認為土星環的形成可以一直追溯到太陽系誕生初期,但最近的一項研究表面,這些絢麗的光環遠比我們想像的要年輕,當恐龍家族漫步地球的時候,也許它才剛剛形成,換句話說,土星環僅有幾千萬年的歷史!
那麼科學家是如何算出土星環年齡的呢?組成土星環帶的物質中,99.9%都是水冰,只有少量矽酸鹽等雜質。隨著時間的推移,來自太陽系邊緣的流星碎片會不斷侵蝕明亮的環面,使它逐漸失去光彩。卡西尼號土星探測器發回的數據顯示,土星環被污染的比例大約為1%。因此,科學家只要知道土星環的總質量,再可能污染物累積的速度,就可以推算它的年齡了,而卡西尼號以「生命」為代價,為人類找到了這個問題的答案。
2017年9月,能量耗盡的卡西尼號即將終結自己13年的土星探索之旅。墜向土星大氣層之前,卡西尼號從距離雲頂2,600到3,900公里的高度,先後6次從土星環中穿過。在相距13億公里的地球上,科學家通過監測卡西尼號速度的微小變化,估算它受到的引力拖拽大小,進而計算出土星環的總質量。
科學家曾根據旅行者一號探測器飛掠土星發回的數據,得出土星環的質量為28,000億噸,但羅馬Sapienza大學的行星科學家Luciano Iess的研究顯示,土星環僅有1540億噸重——相當於土星最小的衛星土衛一(Mimas)的2/5,而土衛一的質量僅為月球的1/2000。也就是說,土星環在過去1000萬年至1億年之間才形成!
加州大學伯克利分校的地球與行星科學教授Burkhard Militzer認為,形成土星環的物質可能來自一顆柯伊伯帶彗星。當它的運行軌道過於接近土星時,就會被土星強大的潮汐力瓦解。由於處於行星洛希極限之內,這些碎片無法重新形成衛星,只能在引力作用下組成一道道規則排布的環帶。
Militzer認為,如果一顆彗星和地球「親密接觸」,或許地球也能擁有土星一樣亮麗的光環。不過由此造成的巨大衝擊對於地球生命來說根本無法承受,即使人類文明延續到那一天,也可能無法幸免於難。
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