著者：黄姤

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「土星」也被称为 【草帽星】，它是整个太阳系当中最漂亮的一颗行星，原因就是它那独一无二的「土星环」。

图解：「拉尼亚凯亚超星系团」图中黑点是银河系

即将消失的「土星环」

在「卡西尼号」围绕「土星」探测的最后几个月当中，美国宇航局·NASA让这个航天器在行星的云顶附近，到「土星环」最内侧的边缘空间内进行了一系列大胆地穿行轨道试验，用这一连串漂亮的环间俯冲结束了它不寻常的生命，「卡西尼号」最终在2017年9月15日，在「土星」大气层中燃烧殆尽，使得它围绕「土星」轨道长达13年的科学历程画上了令人赞叹的句号。

图解：「卡西尼号」围绕「土星」探测

这个安排是美国宇航局·NASA在很久之前就已经决定的，当「卡西尼号」的燃料已经不足时，为了避免它意外地撞到「土星」潜在的两颗可能适合生命居住的卫星：土卫二·恩克拉多斯（Enceladus）或者土卫六·泰坦（Titan）。任务控制者安排它一头扎向土星的大气层载体高空燃烧，以此来避免它对原始的外星环境可能带来的地球性污染。

图解：燃烧的卡西尼号

不过就在「卡西尼号」浴火身亡之前，它对神秘的土星环的间隙区域进行了前所未有的测量，并且揭示出了令人惊讶的「土星环」动力学，任务监控科学家原本希望「卡西尼号」在穿越这些空白的间隙区域时检测到一些稀疏的元素和气体，但实际上卡西尼的粒子仪器却发现了一系列的元素和分子正从「土星环」的边缘像“下雨”一样纷纷坠落到行星的大气外层。元素和分子这样的物质坠落每秒钟大约有10吨以上，所以在2018年一项研究就此得出结论——「土星环」将最终消失，其预期寿命可能不到1亿年。

图解：「卡西尼号」拍摄的最后一张图片

【土星内部有着异常的结构】

与「土星」目前估计的总寿命40亿年相比，这实在是有一些短暂，相关的研究人员正在利用「卡西尼号」最后穿越的数据来估算另一个问题，即——「土星」在何时获得了「土星环」。

当「卡西尼号」穿越「土星环」的间隙时，行星本身、「土星环」以及土星的卫星都会对快速飞行的卡西尼号航天器产生牵引作用，而极小的牵引带来的轨迹的微小改变都可以被精确地测量出来，这些变化数据可以让科学家们第1次非常精确地测量出「土星环」的质量。然而在分析了2017年9月最后一组轨道数据之后，发现「卡西尼号」的轨迹偏转程度是有问题的，因为它与理论模型的预测不相符，最后的结果表明——「卡西尼号」的运动是被「土星」厚厚的大气层中、赤道下方9656公里深处的一个未知的物质流所改变着，这个大规模的物质流动的速度比可见的高层大气流动速度要慢上4%，从而导致了引力异常，而这点是之前没有预计到的。

美国宇航局·NASA喷气推进实验室的卡西尼项目科学家Linda spilker发表了一份声明说，这个深层的旋转层的发现，令人惊讶的意识到行星内部有着异常的结构，问题是究竟是什么让「土星」大气层中旋转得更快的那个部分是如此之深，这可能会告诉我们「土星」内部的不寻常的情况。

在解决了上述难题之后，科学家们就可以自如地测量「土星」引力的影响，根据估计，「土星环」的总质量大约是土卫一·米玛斯（Mimas）的40%，而土卫一比地球的卫星月球还要小上2000倍，这意味着「土星环」肯定没有多少物质。在此前科学家们曾经根据「土星」轨道上的62颗卫星的运动所带来的「土星环」密度的改变，也就是土星环波来估算土星环的质量，这些质量的估算值都比较低，所以天文学家们一度怀疑「土星环」当中可能有很多物质是隐藏不见的。

加利福尼亚大学伯克利分校的行星科学家·Burkhard Militzer在一份声明当中说，我们始终怀疑这些「土星环」的波动当中隐藏着一些看不见的质量，现在有了「卡西尼号」最终轨道的精确数据，我们终于明白，没有什么隐藏的质量。

图解：土星结构示意图

【土星环的年龄】

质量越低就意味着土星环的年龄越轻，「土星环」主要是由冰晶组成的，如果它的年龄较大的话，那么这些冰晶材料将会被行星间的碎片所污染，使得它们看起来更加的混沌，而科学家早就注意到「土星环」实际上是非常明亮、漂亮的，所以它不可能太老，质量也就不可能太重。根据卡西尼轨道数据推算出的「土星环」的新的年龄估计值是在较早的密度波估计值的范围之内的，而更新的数据可以使研究人员把这个范围大大地缩小了。

以前天文学家对「土星环」年龄的估计预知是较宽的，从45亿年到几千万年之间，现在有了这项新的发现，可以证明「土星环」比原先预想的还要年轻，它们形成的时间从不足1亿年到也许只有1,000万年前。

黄姤结语·「土星环」究竟是从何而来呢？

这个问题有一些不同的答案，最有可能的一种解释是，来自柯伊伯带的一个冰冷的物体或一个怪异的彗星，被「土星」的引力场缠绕，陷入其中，最后它屈服于「土星」强大的潮汐力，被撕扯、碎裂碾碎成了冰晶材料创造出了我们今天看得到和喜爱的「土星环」。

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