「卡西尼」號自殺換來的探測結果：土星並非一直有光環

土星壯麗的光環是否自古有之？「卡西尼」號探測器在「生命」最後階段的數據給出了否定的答案。相關論文發表在北京時間1月18日的美國《科學》雜誌上。

大家或許還記得這艘來自上世紀的土星飛船。北京時間2017年9月15日傍晚，就在「卡西尼」號發射20周年紀念日的前一個月，它接到了來自美國國家航空航天局（NASA）的最後一道指令：自我毀滅，任務代號「大終章」。

卡西尼號用了7年抵達土星，又用了13年日夜陪伴，拍下近40萬張照片。最終，它22次高速往返飛掠土星環，再一頭扎進渾厚的大氣層，與這顆龐大的行星融為一體。

人類得以藉助卡西尼號的「眼睛」，觀察土星環和土星之間的未知地帶。在此之前，卡西尼號只在外圍活動，土星和土星環的質量融合在一起，難分彼此。只有飛行到兩者之間，受到兩邊引力的影響，卡西尼號的飛行軌跡會表現為「拉鋸戰」的狀態，成為一隻合格的重力探測器。

年輕的光環

此前，科學家們分析光環間的密度波，對土星環質量的估計大約為土衛一的三分之一或二分之一。土星的62顆行星編織出密度波，造成土星最大的兩道環A和B之間的著名斷帶。法國天文學家卡西尼在1675年最早發現這條縫隙。後來，它被命名作「卡西尼分界線」。

不過，很多人並不信任密度波的計算方法。他們擔心，土星環間存在一些「看不見的質量」。

幸好有了卡西尼號的遺產，科學家們第一次較為準確地估算出土星環質量：大約為土衛一的40%，符合密度波計算給出的範圍。

這個質量很小。要知道，土衛一的質量就只有月球的2000分之一。它是顆圓潤的行星，直徑246公里，上有一個巨大的撞擊坑，酷似《星球大戰》中的死星。

根據相關演化理論，土星環的質量與它的年齡息息相關，質量越小就越年輕。這是因為這些美麗的光環一開始是由冰構成的，反射出明亮的光芒。隨著時間的推移，行星間的雜質會附著上來，使得冰塊質量變大、光芒變暗。

從目前這個數字來推測，土星環是較近才形成的，最遠不過1億年前，最遲甚至是1000萬年以內的事情。

針對土星環的起源，科學家們長期爭執不下，主流的有兩派：一派認為土星環是在太陽系演化的後期階段，由土星周圍的殘冰聚成的，時間大約為45億年前；另一派認為土星環十分年輕，是土星後來從太陽系外圍的柯伊珀帶捕獲了一顆天體，逐漸碾碎散作光環。

論文作者表示，雖然估算出了年齡，但還不能給土星環的起源蓋棺定論。

土星有風

一個插曲也值得一提。科學家們一開始用新方法計算的時候並不順利，卡西尼號的最終軌跡並不符合任何一個模型的預測。加州大學伯克利分校地球與行星科學教授布卡德·米利澤（Burkhard Militzer）說：「我第一次看到數據時難以置信，我對我們的模型是很有信心的。」後來，他們找到了問題所在，把土星大氣層涌動的「風」也考慮進來，數據才可以解讀。這種「土星風」集中在土星赤道地區，有點像地球上的雲，只有薄薄的一層。

他們還發現，土星赤道表面的「土星風」比起大氣層下9000公里深處的「土星風」，旋轉速度要快上4%，旋轉一圈少9分鐘。

目前，還不能確定土星內核存在什麼樣的結構，使得大氣層深處的「土星風」轉得更快。

不過，米利澤倒是能計算出土星的岩石內核質量應當介於地球的15倍至18倍之間，與此前的預測相符合。

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