科学家：我们可能错了，土星环可能并不是之前认为的那样

zhangzijun

说到土星，相信大家首先想到的并不是它“太阳系第二大行星”的身份，而是它那美丽的行星环，实际上，科学家对土星环也非常感兴趣，并一直在对其进行研究。

根据之前的理论，土星环的颗粒主要由水冰构成，而这些水冰颗粒会不断受到太空中微流星体的撞击，由于微流星体带来的尘埃物质会污染土星环上的颗粒，使它们逐渐变得暗淡，因此如果土星环已经像土星本身一样存在了数十亿年，它就理应变得非常暗淡。
而观测数据却表明，土星环是非常“光洁明亮”的，所以一个合理的解释就是，与土星本身的年龄相比，它应该很“年轻”，由于这种观点合情合理，因此在过去的日子得到了普遍的认同，科学家甚至还通过理论估算出，土星环的年龄应该在在1亿至4亿年之间。

然而随着研究的深入，科学家却发现，实际情况很可能并非如此， 一项近日发表在《自然·地球科学》上的研究表明，我们可能错了，土星环可能并不是之前认为的那样“年轻”。这具体是怎么回事呢？下面我们就来了解一下。
根据介绍，在此次研究中，科学家利用了来自“卡西尼”号探测器（Cassini）的数据建立了计算机模型，用于仔细研究微流星体与土星环的相互作用。

（↑“卡西尼号”探测器）
科学家发现，撞击土星环的微流星体虽然非常微小（直径一般在1至100微米之间），但它们的速度却很快（一般都可达到每秒30公里），因此它们都蕴含了很高的动能，能够在撞击瞬间产生较为极端的物理效应。
模拟结果表明，当撞击发生时，这些微流星体通常会受到超过100GPa的高压（这大概是地球海平面气压的100万倍），同时其温度会骤然上升到超过1万摄氏度，这种剧烈的冲击会导致构成微流星体的物质，以及土星环中极少一部分的物质迅速气化，进而形成高温的气体。

接下来，这些高温气体会以较快的速度（平均超过每秒14公里）向外膨胀，并在随后的冷却过程中逐渐形成大量的纳米级颗粒，这些颗粒主要由硅酸盐物质构成（因为硅酸盐蒸气比水蒸气更容易凝结），在土星磁场的作用下，它们很快就会带上电荷，成为带电颗粒。

在此之后，这些带电颗粒并不会留在土星环之中，根据计算机模型的模拟，它们会被土星磁场“驱逐”出土星环的平面，其中的一部分会在土星引力的作用下坠入土星的大气层，另一部分则会因为具有足够高的速度而直接从土星的引力场逃逸。
参与该研究的科学家指出，这样的结果表明，尽管微流星体会不断撞击土星环，但是它们所产生的“污染物”却并没有积累在土星环上，而是很快就会“带”走，这种机制就像是土星环的“自洁系统”，可以让其始终保持着相对“光洁明亮”的状态。

而这就意味着，土星环可能并不是之前认为的那样“年轻”，其真正年龄可能会远远超过几亿年，甚至在土星形成之初，它就可能已经存在了。当然了，就目前的情况来看，这也只能说是一种合理的假设，实际情况是否真是这样，还有待进一步的验证，期待在未来的研究中，科学家能有更多的发现。
参考资料：Pollution resistance of Saturn’s ring particles during micrometeoroid impact，Nature Geoscience. doi.org/10.1038/s41561-024-01598-9