土星環，可能是一個被撕裂的冥王星

土星環究竟是怎麼形成的？

卡西尼探測器拍攝的土星和土星環（局部）。NASA / JPL / 空間科學研究所

最近，一個日本科研小組構建了一個模型，用一種新穎而獨特的方式，在電腦上還原了土星環的形成過程。

大約40億年前，是太陽系發展史上所謂的「晚期大轟炸」階段。那時，太陽系的許多巨行星發生過軌道轉移。而也是在那時，海王星軌道以外的地方，存在著至少數千個體積大約為地球五分之一的天體。這些天體會在巨行星引力的影響下，進入內太陽系，和基本已經成形的行星發生衝突。

卡西尼探測器拍攝的土星和土星環（局部）。NASA / JPL / 空間科學研究所

學者們計算了這些體積相當於冥王星的天體靠近巨行星的概率，以及它們會經受的潮汐力強度。結果發現它們不但和土星、天王星和海王星有多次近距離遭遇的機會，而且這樣的遭遇必然會引起這些矮行星解體。

模擬結果還表明，矮行星解體後，它們寬逾數公里的碎片，會被巨行星俘獲並在長期演化過程中，經過持續的高速碰撞而變得更小。它們會逐漸進入圓形軌道，最終變成這些巨行星的環。

這一模型也能解釋土星環和天王星環成份的差異。天王星和海王星的密度要比土星高，這就意味著小天體在經過時，遭遇到的潮汐力也更強。柯伊伯帶天體在經過天王星或海王星時，不但冰質的幔會被撕碎，它們石質的內核也有可能會被摧毀和俘獲。因此天王星和海王星環所含的岩石成份更高。但經過土星的矮行星通常只會失去冰質的幔，所以土星環的成份大多是冰。

冥王星是個倖存者。NASA / JHUAPL / SwRI

該研究的另一層意義在於，它表明巨行星的環可能是行星形成過程中的一種自然結果。所以系外行星也有可能會通過相似的方式發展出環。

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