土星失去光环的时间可能比天文学家预期的要早

作者：纳迪亚·德雷克

土星的冰环是太阳系中最具标志性的特征之一。但是它们给这个星球带来了如此多的水，以至于在3亿年后，它们可能会把自己雨淋得几乎消失，让土星变得惊人的无环。

“我们看到的是大约每秒1.5吨的东西，”马里兰州格林贝尔特美国宇航局戈达德太空飞行中心的詹姆斯·奥多诺霍说，他周一在《伊卡洛斯》杂志上报告了这一结论。

“土星环并不是永远存在的，”他说。“他们总有一天会消失的。”

很难想象没有土星环的太阳系，但事实证明，土星环是一种短暂的现象，如果雄伟的话。科学家们长期以来一直在争论这些年轮的年龄和预期寿命，去年发表的一些发现表明，它们不是45亿年前太阳系诞生时的古代遗迹。相反，它们在过去的几亿年里--在恐龙时代--被固定在土星上。现在，多条证据汇集在一起，表明这些戒指有一个有效期。

“土星环似乎很年轻，”加州帕萨迪纳美国宇航局喷气推进实验室的琳达·斯皮尔克说，她是研究土星的卡西尼任务的项目科学家，但没有参与这项研究。“也许我们正处于一个有趣、幸运的时期，在这个时期，我们可以看到土星环，达到我们看到它们的水平。”

土星的手镯横跨175，000英里，很容易就超过了围绕木星、天王星和海王星的黑暗、支离破碎的光环。事实上，如果没有它冰冷的装饰，土星与其他一些气体巨星相比会显得乏味和米色。

O'Donoghue和他的同事们认为，在太阳系时间的相对尺度上，这些光环可能会在不久的将来枯萎。

今年早些时候，该团队在2011年使用夏威夷的凯克II望远镜，近距离观察了在土星黄色大气上游发现的带电分子的测量结果。H3+分子由三个氢原子（减去一个电子）组成。当微小的带电粒子逃离土星的C环，沿着磁力线螺旋进入行星，并在所谓的环雨中与大气原子碰撞时，它就大量产生了。

在测量了土星上层大气中的H3+含量后，O'Donoghue和他的团队得出结论，每秒钟有多达4400磅的水落到土星上。

假设环雨率不变--斯皮尔克说这是一个相当大的未知数--团队计算出土星环在3亿年内可能会被遗忘。

加州莫菲特菲尔德美国宇航局艾姆斯研究中心的杰夫·库齐（Jeff Cuzzi）没有参与这项研究，他说：“我想说，环在这种时间尺度上可能会退化，这不是不可能的。”

但是，他补充道，“这并不意味着如果你回来，那里就什么都没有了。”光环的消耗速度不仅取决于光环中还有多少物质，还取决于其他物理力量、土星季节的变化以及光环物质的补充方式。

最近利用卡西尼号宇宙飞船的数据进行的研究支持了该组织的环雨估计。卡西尼号宇宙飞船在土星及其卫星之间飞行了十多年。在2017年9月卡西尼号猛烈而致命地坠入土星之前，它在土星及其光环之间完成了一系列大胆的环圈。

宇宙飞船对它遇到的落向行星的粒子进行了普查；斯皮尔克说，卡西尼捕捉到的环雨量与奥多诺霍的测量“完全一致”。

但是卡西尼号也发现，大量的有机分子和水冰（大约每秒22，000磅）通过一个不同的、潜在的瞬变过程落到行星的赤道上，这可能有助于加速环的消亡。奥多诺霍说，这可能意味着光环可能会更快消失，在不到1亿年的时间里。

尽管库齐对新研究中的时间框架持怀疑态度，但他同意随着太阳系的成熟，光环可能会优雅地退化。

“我不认为这是不合理的，所有这些数字都是如此之高，以至于我们必须认真考虑戒指不会永远存在，”他说。