土星環(huán)成因的一個(gè)新解釋。

消失的衛(wèi)星Chrysalis化身成為了美麗的土星環(huán)（想像圖）。B. Militzer

旅行者2號(hào)拍攝的土星、土星環(huán)和部分土星衛(wèi)星。照片拍攝于1981年8月4日，當(dāng)時(shí)探測(cè)器正在飛掠土星系。NASA

20087年4月25日，卡西尼探測(cè)器近距離拍攝的土星環(huán)。NASA

土星環(huán)是太陽(yáng)系里獨(dú)一無(wú)二的存在。除了土星，太陽(yáng)系里的其他氣體巨行星都沒(méi)有這么大這么壯觀的環(huán)。這也讓人對(duì)其由來(lái)感到好奇。僅憑直覺(jué)人們就懷疑土星環(huán)不是它與生俱來(lái)的。探測(cè)結(jié)果也證明這樣的懷疑不無(wú)道理：土星形成于大約45億年前，而土星環(huán)的年齡要年輕得多，形成時(shí)間大約在距今1億至2億年前。

近日科學(xué)家的研究也再一次論述了這種可能。麻省理工學(xué)院和加州大學(xué)伯克利分校的天文學(xué)家認(rèn)為，土星環(huán)的年齡大約是1.6億年，它是土星的一顆衛(wèi)星碎裂后形成的殘骸。而這顆衛(wèi)星之所以會(huì)碎裂，是因?yàn)槭艿搅伺c海王星有關(guān)的神秘力量的影響。

研究人員稱這顆碎裂的衛(wèi)星為Chrysalis（蝶蛹），以此比喻它化身為美麗土星環(huán)的過(guò)程。Chrysalis的大小應(yīng)該和今天的土衛(wèi)三（Iapetus）差不多。一系列連鎖反應(yīng)導(dǎo)致它在1億多年前由于過(guò)于靠近土星而超越洛希極限，最終瓦解。碎裂后Chrysalis的碎片大部分被土星吞噬，1%留在軌道上，形成了我們今天看到的壯美土星環(huán)。

雖然土星和海王星相距遙遠(yuǎn)，但它們暗中卻有聯(lián)系。土星自轉(zhuǎn)軸的進(jìn)動(dòng)和海王星自轉(zhuǎn)軸的進(jìn)動(dòng)之間，可能存在著所謂的“共振（resonance）”關(guān)系。兩者的周期都長(zhǎng)達(dá)187萬(wàn)年。這導(dǎo)致土星擁有巨大的自轉(zhuǎn)軸傾角 （約27度），僅略小于海王星的自轉(zhuǎn)軸傾角（約28度）。

土星和海王星在過(guò)去幾十億年中一直遵守著這一“約定”。但是土星最大的衛(wèi)星——土衛(wèi)六（泰坦）卻在那時(shí)向著遠(yuǎn)離土星的軌道遷徙。這一過(guò)程使土星系進(jìn)入了不穩(wěn)定的狀態(tài)，最終導(dǎo)致土星失去了一顆衛(wèi)星，形成了一個(gè)環(huán)，并退出了與海王星的“共振”。

研究人員基于卡西尼探測(cè)器的數(shù)據(jù)，得出了土星角動(dòng)量的一個(gè)較為精確的值。角動(dòng)量能夠反映土星質(zhì)量、轉(zhuǎn)速和半徑的關(guān)系。結(jié)果顯示，土星的角動(dòng)量，與理論上土星和海王星處于共振狀態(tài)時(shí)應(yīng)該擁有的角動(dòng)量只稍小一點(diǎn)。而缺失的這點(diǎn)角動(dòng)量，正好能夠用一個(gè)額外的土衛(wèi)補(bǔ)上。

至于土衛(wèi)六發(fā)生遷徙的原因，計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果顯示，當(dāng)時(shí)它可能在某一時(shí)間段上，與Chrysalis發(fā)生了軌道共振。這會(huì)導(dǎo)致Chrysalis的軌道不穩(wěn)定，使之過(guò)于靠近土星而解體。

根據(jù)土衛(wèi)六今天的位置，以及理論上它遷徙至能夠達(dá)到的速度，研究人員認(rèn)為這一事件發(fā)生在距今1億至2億年前。而這也符合人們此前對(duì)土星環(huán)年齡的估計(jì)。

太陽(yáng)系各大行星的自轉(zhuǎn)軸傾角。Richard Barkus

卡西尼探測(cè)器拍攝的土星（黃色背景）、土星環(huán)影（條紋）和土衛(wèi)六（較大的金色球體）、土衛(wèi)四（較小的灰色球體）合影。NASA

參考Chrysalis, the lost moon that gave Saturn its ringshttps://news.berkeley.edu/2022/09/15/chrysalis-the-lost-moon-that-gave-saturn-its-rings/