土星环形成并非易事，土星“戒指”的年龄指标有哪些？

关于太阳系的八大行星，每一颗都有自己独一无二的标识，比如：土星“戒指”。作为直径和质量仅次于木星的气态巨星，土星还有一个特别的名字叫做克洛诺斯（Cronian），这是欧洲古希腊对它的称呼。关于土星的疑惑有很多，制造广阔的土星环系统是否轻而易举，是哪些关键指标暗示了土星“戒指”的真实年龄？延伸近30公里（从环形的尖端到尖端）的土星环含有大小不等的无数冰冷颗粒，这是行星科学中最持久的谜团之一，它并不仅仅是一个“装饰”。这是否是太阳系的基本特征？45亿年前的理论性碰撞造就了我们现在所见？这些答案不仅是为了理解行星环，对重建太阳系历史的科学家来说尤为重要。根据卡西尼号对环质量和亮度的测量来看，很多科学家认为这些环的年龄应该非常年轻。制造如此广阔的土星环形系统并非易事关于土星的戒指，有许多能令人信服的论据可以证明土星的戒指并不年轻。事实证明要通过相对更近的时间，制造一个如此广阔的环形系统并不是一件容易的事，行星可以将掠过的彗星甚至是整个彗星碎片，进行吸引和分散成了环形结构。当然，还有另一种可能，那就是一个闯入土星卫星之一的交织对象，从飞溅的粉碎月亮形成了环。虽然这些推论看似简单，但每一种定制方案都是有其特殊要求的。经过科学调查发现，虽然这些都是很不错的想法，但在太阳系的周围有多少彗星飞行、而你没有足够的条件使这样的情况发生。至少在过去的几亿年里，发生这种设定的可能性只有百分之几。这时，科学家开始假设整个过程并没有彗星的参与，“戒指”的母体并非外部的土星系统，而是完全来自内部。SETI研究所的Matija?uk和其他研究人员发现，当这颗行星处于和卫星出现交叉轨道之时，发生了意想不到的事：时间大约是1亿年前，在这个追溯卫星轨道的计算机模型中，处在其中的所有东西都有些偏离原本的轨迹，卫星被推倒了土星轨道上，虽然这些轨道在今天也没有观察到，但是模拟的数据显示发生过。建模中发生的一切和我们的观察有所不同和我们观察到有所区别，它们的轨道更多被撞击到土星的赤道平面。早期的卫星系统，必须重新安排到我们今天看到的系统中，这意味着：现在的卫星必须更加年轻，所以才没有经历过建模中所发生的一切。经过后来的工作终于发现可能引起重新排列的主要原因，那就是看似很遥远的太阳。即使在如此遥远的距离，太阳的引力想要扰乱这颗行星的运动也是轻而易举的事，正是太阳的微弱引力导致了其和兄弟姐妹之间的碰撞。然后，形成了一个比现在大十倍的戒指，当中有一些甚至聚集形成了新的卫星。这一系列的假设和推论似乎都很合理，但却没有任何能够解释，这些碎片产生的物质到底是如何形成环的。因为，想要做到这一点需要一个必要条件，那就是碰撞的碎片和土星之间的距离要足够接近，这样才能使得行星的引力可保持不被分散，自然不能是在卫星形成和生活的距离更遥远之地。即：如何从这些碰撞中获得物质，而后回到环状的低轨，这种材料又通过怎样的作用成为了冰？模拟古老的环形碰撞更有说服力相对而言，在实际中旧戒指更容易制作很多。当行星在数十亿年前进入目前位置的时候，处在太阳系中的它们在其中晃动了较小的物体，没有稳定的目标。此时发生了一些古老的大灾变，这些事件的结果装饰了以前没有环的世界。当暗尘落到环上的速率会随着时间的推移而发生变化，关于环变暗的基本假设如果是错的，那么，环可能本就是原始的，并且具有超自然的明亮光泽。虽然结冰环粒子和尘埃之间的撞击高速，但可能并不会像科学家们以为的那样足以让土星环着色，也就是说沉积的阴影会比之前预期的更少。模拟孤岛的环形碰撞应该是更具有说服力的可能。当碎片的初始质量就高于电流环中的碎片，那么它会面临快速扩散和消散。它们中的一些落入了土星，另一些则落入了环和卫星。在这样的情况下，不管你的质量是Mimas的1倍或是10倍，因为时间超过了数十亿年，通过基本的轨道动力学都可表明，对于我们今天所看到的确切数量的材料，它几乎都可以解决。简而言之，如果这样的相撞已经传播了40亿年，那么人们所期望的精确质量就恰好和这些戒指相当。有哪些关键指标可以暗示“戒指”年龄关于土星环的起源争议可以追溯到几十年前，这些数据主要是旅行者1号和2号任务的近距离探测。观察结果暗示这些戒指的重量足够轻盈，并不能在太阳系的数十亿年历史长河中保留自身的光芒。并且，卡西尼仔细测量所得的戒指质量和旅行者号的数字也很接近。确定年龄的另一个关键指标是：通过航天器和环的擦肩而过，舀起了灰尘和其他颗粒，帮助估计淹没了多少暗色碎片，这些数据都进一步暗示了戒指非常年轻，土星的水冰环依然是亮白色，虽然被散落的黑暗碎片不断拂去（外太阳系中腐烂物体所散落的碎片）。我们并没有证据显示这些环有被污染过，同时，这些环在吸收材料的同时，也在不断的向大气层喷出冰冷颗粒。如果用一个时间来具象化预估，那么这样的阵雨可能在3亿年内就完全消耗掉这些环。想要解释它们可能存在了45亿年，某些想法目前是无法解释的。土星环系的演化和重建观察到的过去及未来关于土星的长期演化和起源是现代行星科学尚未解决的一个问题，“旅行者时代”表明土星的环不超过100My，它的扩散环系统也被认为是一颗、甚至多颗卫星物质损失所导致的后果。时间来到“卡西尼时代”，其中的某些问题因为光谱分辨率和高空间数据而取得进展，比如发现了A环中的“螺旋桨”，月球的形状被嵌入环形等。或许，想要解决土星的谜团，行星动力学领域是可行的解决方案，通过引力相互作用的模拟，我们可以重建今天所观察到的过去、甚至是未来；或是通过实验室对黑暗尘埃和冰冷颗粒高速碰撞的检查，可以最终确定尘埃的颜色和冰冷；又或是土星表面的陨石坑需要进行更详细的分析，通过这样的方式更好的确定它们的真实年龄。经过过去的20年时间的探索，数值模拟也变得更加进步，了解了戒指的形成，让我们对太阳系的理解提供了更加明确的背景。这些因素对于我们而言都有非常重要的意义，强化了土星环动态和快速发展的观点。科学家们暂时无法就戒指的形成和大小达成一致，虽然存在多种预测和解释并不一致，但探索之路也因此而变得有趣。