土星光環(huán)起源之謎 _土星

土星神秘的光環(huán)起源一直的科學(xué)家爭論的焦點(diǎn)
當(dāng)土星運(yùn)行的軌道位置抵達(dá)晝夜平分點(diǎn)的時(shí)候，也就是在天文學(xué)上天球的赤道與黃道相交的點(diǎn) 。在這個(gè)點(diǎn)上，晝夜長短是平均分的。在這之后，太陽光線在土星上的直射點(diǎn)逐漸往北移動(dòng)，這個(gè)時(shí)候，土星那漂亮的光環(huán)結(jié)構(gòu)會(huì)隨著這些移動(dòng)呈現(xiàn)出不同的陰影，而且土星大氣顏色也是呈現(xiàn)出不同的色彩。這些圖像都被美國宇航局的卡西尼探土星探測(cè)器給捕捉到了。圖像攝于2008年12月30日，卡西尼探測(cè)器處于環(huán)土星軌道。
而對(duì)此，美國宇航局的天文學(xué)家們正在根據(jù)卡西尼探測(cè)器傳回的數(shù)據(jù)研究土星光環(huán)的神秘起源問題，以及在土星北極附近出現(xiàn)的六邊形云團(tuán) 。從我們整個(gè)太陽系的角度看，相比起地球和火星，土星或許是太陽系中最容易識(shí)別的行星，這是因?yàn)槠渚哂幸粋€(gè)獨(dú)特而絢麗多彩的環(huán)系統(tǒng) 。
然而，土星的光環(huán)并不是土星神秘面紗的全部內(nèi)容，更確切的說，僅僅是個(gè)冰山的一角，如果再進(jìn)一步審視土星內(nèi)部情況，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，我們對(duì)這顆星球了解的卻是很少，而且非常地陌生。自2004年以來，美國宇航局的卡西尼土星探測(cè)器已經(jīng)非常詳細(xì)地對(duì)土星進(jìn)行了勘測(cè)，包括它的環(huán)系統(tǒng) 。這些任務(wù)將會(huì)幫助科學(xué)家揭開一些關(guān)于土星的科學(xué)奧秘。
土星絢麗多彩的環(huán)結(jié)構(gòu)起源之謎
土星是如何具有這些漂亮的光環(huán)結(jié)構(gòu)呢？雖然我們的太陽系中，像木星、天王星還有海王星，這些行星上有的也有光環(huán)結(jié)構(gòu)，但是沒有像土星的光環(huán)那樣密集，土星的環(huán)結(jié)構(gòu)給人的感覺顯得厚重而密集。在土星光環(huán)系統(tǒng)上，存在著大量的冰顆粒，這些顆粒分布在土星赤道上空大約4000英里（6437公里）的地方，并外層宇宙空間中綿延大約7.5萬英里（12.07萬公里）。而在環(huán)結(jié)構(gòu)上還存在著許多“空白的裂縫”，而這些環(huán)中的裂縫存在的原因是這些地方的碎片逐漸形成了土星周圍的微小月亮，或者是從更遠(yuǎn)的地方產(chǎn)生引力作用的效果。其中就是著名的卡西尼環(huán)縫。
更有趣的是，相比較土星的年齡而言，土星的環(huán)結(jié)構(gòu)還是非常年輕的。土星誕生至今大約有40多億年了，而土星的環(huán)只有數(shù)億年的歷史。據(jù)位于科羅拉多州的空間科學(xué)研究院卡西尼探測(cè)器成像科學(xué)團(tuán)隊(duì)和圖像控制中心實(shí)驗(yàn)室的主任卡羅琳（Carolyn Porco）介紹：我們還不知道土星的環(huán)系統(tǒng)是在何時(shí)形成的，以及持續(xù)了多長時(shí)間，這期間環(huán)結(jié)構(gòu)是否是連續(xù)存在的，是否有出現(xiàn)過斷檔期，這些問題我們還處于探索之中。
針對(duì)土星神秘環(huán)結(jié)構(gòu)的起源問題，科學(xué)家目前推測(cè)有兩種可能性：第一，在遠(yuǎn)古時(shí)期的土星，軌道周圍分布著小月亮，由于土星強(qiáng)大引力的作用，這些小月亮在圍繞土星旋轉(zhuǎn)的時(shí)候被撕裂了，形成了這些小碎片構(gòu)成的土星環(huán) 。第二，撞擊假說，土星在某個(gè)時(shí)期受到一個(gè)天體的撞擊，這顆天體可能是一顆小行星或者是一顆大彗星，巨大的撞擊力使得土星表面的物質(zhì)被剝離到宇宙空間中，在土星引力的作用下，散落的物質(zhì)開始逐漸穩(wěn)定下來，形成了土星的環(huán)結(jié)構(gòu) 。
研究土星的環(huán)結(jié)構(gòu)不僅是對(duì)土星奧秘的一種了解、探索。土星環(huán)的形成過程包含了宇宙中對(duì)于盤狀物質(zhì)分布的一般規(guī)律特征。探索土星的環(huán)結(jié)構(gòu)，最直接的衍生探索課題是對(duì)宇宙中其他行星上的環(huán)結(jié)構(gòu)的形成有了一個(gè)較為相似的認(rèn)識(shí)，這些行星的外圍環(huán)結(jié)構(gòu)的分布在一定程度上都有著共同之處。其次，也可以讓我們明白，盤狀結(jié)構(gòu)的形成理論有助于我們研究宇宙中恒星周圍的氣體和塵埃運(yùn)動(dòng)以及后續(xù)演化的模型。再者。對(duì)于更大范圍上的研究，比如星系的螺旋結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型，圍繞在星系形成之初周圍的塵埃碎片物質(zhì)是如何演變的，對(duì)這些問題的深入探討都可以源于對(duì)土星神秘環(huán)系統(tǒng)的研究成果。
土星上肆虐大巨星風(fēng)暴之謎
另外，土星上肆虐的巨型風(fēng)暴也是土星的一大謎團(tuán) 。相比較其他氣態(tài)行星而言，特別是土星的大鄰居木星，他們?cè)隗w積上是都是非常巨大的，而其實(shí)木星也擁有一個(gè)環(huán)系統(tǒng)，木星環(huán)比其土星的環(huán)，那就是小巫見大巫了，在地面上需要用超大口徑的望遠(yuǎn)鏡才能觀察到，且木星的環(huán)主要是塵埃。在木星上也有一個(gè)大紅斑，分布在木星赤道帶以南，被稱為是一種反氣旋的巨型漩渦氣流，足以放下兩到三個(gè)的地球。然而，在去年的12月份，一個(gè)巨大白色狀的風(fēng)暴在土星的北半球爆發(fā) 。
天文學(xué)家目前的研究結(jié)果顯示：土星的大風(fēng)暴大約在每三十年左右出現(xiàn)一次周期循環(huán)，同時(shí)可追溯到180年以上，而在土星上的一年，相當(dāng)于地球上的30年，科學(xué)家認(rèn)為這暗示著大風(fēng)暴與土星的季節(jié)存在著某種聯(lián)系。但是如果僅僅是這樣簡單的推演，現(xiàn)在出現(xiàn)的大風(fēng)暴并不是一直存在著，它會(huì)在2020年的某個(gè)時(shí)候消失，所以檢驗(yàn)這個(gè)簡單理論的方法其實(shí)也很簡單，如果在2020年風(fēng)暴還存在，那這個(gè)理論或許就需要進(jìn)行修改了。
關(guān)于土星北半球出現(xiàn)的巨型風(fēng)暴，我們對(duì)其起源和動(dòng)力源都還不得而知，卡西尼探測(cè)器圖像控制中心實(shí)驗(yàn)室的主任卡羅琳認(rèn)為：這種巨型氣態(tài)行星的大氣動(dòng)力與地球或者金星等行星不一樣，存在著另一種循環(huán)模式，而土星的風(fēng)暴具有著強(qiáng)大的能量，這些能量是從何處而來的，以及如何維持超級(jí)氣旋的規(guī)模都還有待進(jìn)一步的探索。
土星上令人驚訝的六邊形云團(tuán)
在上個(gè)世紀(jì)80年代，美國宇航局的旅行者號(hào)探測(cè)器飛越土星的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)令人驚訝的六邊形云團(tuán)位于土星的北極附近。卡西尼探測(cè)器在近些年也在一直觀測(cè)這個(gè)奇怪的天氣現(xiàn)象，這個(gè)云團(tuán)不僅形狀非常地奇怪，而且還很龐大，可以容納下四個(gè)地球。卡西尼探測(cè)器上的可見光和紅外分光計(jì)詳細(xì)對(duì)云團(tuán)進(jìn)行的測(cè)繪，以此想揭開土星自轉(zhuǎn)對(duì)大氣系統(tǒng)造成多大的影響以及土星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是如何作用于大氣循環(huán)的。
此前，研究人員為了研究土星北極這個(gè)奇怪的云團(tuán) ，使用了一個(gè)大型液體容器進(jìn)行模擬，模擬六邊形的形成機(jī)制以及其他多邊形的形成形狀。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，土星的六邊形云團(tuán)與旋轉(zhuǎn)體在流體力學(xué)中的行為非常相似，這同時(shí)也是一個(gè)極為奇怪的推論，使得科學(xué)家對(duì)此有些費(fèi)解。
土星的自轉(zhuǎn)周期到底有多長
除此之外，如何衡量土星的一天呢，或者說如何確定氣態(tài)行星上的一天到底有長也是一個(gè)棘手的問題，這不像巖質(zhì)行星上有著明顯的標(biāo)志性的地形進(jìn)行區(qū)分確定，而且通過氣態(tài)行星上的云層標(biāo)志確定自轉(zhuǎn)周期也存在著代表不充分的問題。
科學(xué)家對(duì)此采用了一種方法，通過測(cè)量行星上自然發(fā)射的電波信號(hào)進(jìn)行確定，這種技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于測(cè)量木星的自轉(zhuǎn)周期，而對(duì)土星的信號(hào)處理來源于旅行者的數(shù)據(jù)記錄。在2004年，卡西尼探測(cè)器通過這個(gè)方法測(cè)量了土星上的一天，大約比現(xiàn)有的數(shù)據(jù)多了6分鐘。
然而，后續(xù)的研究表明，這種方法對(duì)土星來說還存在問題，土星的波電信號(hào)是由其磁場(chǎng)產(chǎn)生的，而土星的磁場(chǎng)與自轉(zhuǎn)存在不同步的問題，所以通過測(cè)量不同步的磁場(chǎng)信號(hào)而判斷土星的自轉(zhuǎn)是存在問題的。
總的來說，科學(xué)家對(duì)此不得不進(jìn)行數(shù)據(jù)平均，也就是通過平均先鋒號(hào)探測(cè)器、旅行者探測(cè)器以及卡西尼探測(cè)器所測(cè)量的結(jié)果，得出的“最佳”數(shù)據(jù)為：土星的一天大約是10小時(shí)32分35秒。
【土星光環(huán)起源之謎】
騰訊科技訊（Everett/編譯）