制作：劉博洋
監(jiān)制：中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心
發(fā)表在新一期美國行星科學期刊《伊卡洛斯》上的一項研究顯示，土星正在“吃掉”環(huán)繞運行的土星環(huán)！
土星的引力正在將土星環(huán)中由水冰組成的顆粒吸入上層大氣，在這種引力的作用下，土星環(huán)會在3億年后消失。如果將美國土星探測器“卡西尼”號發(fā)現(xiàn)的落向土星赤道的“環(huán)雨”（在重力的作用下，土星環(huán)中的塵埃顆粒和其它材料在不斷地降至土星地表）考慮在內(nèi)，土星環(huán)將會在1億年內(nèi)消失。
這個正在逐漸消失的土星環(huán)主要由水冰構(gòu)成，所以顯得格外耀眼。長久以來，閃亮光環(huán)吸引著包括伽利略在內(nèi)的眾多天文學家的目光，也讓他們困惑了幾個世紀。
凝視土星
太陽系幾大亮行星“金木水火土”之一的土星，自古為人所知。它的英文名Saturn來自羅馬神話中農(nóng)神之名，這與其以“土”命名的中文名字似有暗合。
這顆土黃色光澤的行星，直到近代望遠鏡發(fā)明之后，才開始向世人揭示它的神奇魅力。1610年，意大利天文學家伽利略率先將望遠鏡指向了土星。
他發(fā)現(xiàn)土星并不止有單一圓面，在其兩側(cè)似乎有一對對稱的突起。伽利略的望遠鏡分辨率有限，他在手繪圖中將這對突起繪成兩個比土星本體稍小的圓圈，并認為這是土星的兩顆衛(wèi)星。1612年，伽利略發(fā)現(xiàn)“兩顆衛(wèi)星”不見了；不過沒用多久，努爾哈赤建立后金同年的1616年，土星光環(huán)再次出現(xiàn)在了伽利略的手繪中，這次他繪制出了一個圓環(huán)形狀，只是在他的手繪圖中，圓環(huán)上下兩端都被土星遮蓋，顯示出伽利略當時還是沒有搞清光環(huán)圍繞土星的事實。
伽利略手繪土星，上圖繪于1610、下圖繪于1616年
（圖片來源：伽利略手繪）
1659年，荷蘭天文學家惠更斯使用成像質(zhì)量更好的望遠鏡對土星進行了觀測。他正確地解釋了土星光環(huán)發(fā)生變化的原因：光環(huán)在空間中指向固定的方向，當它在一個“土星年”（大約30個地球年）中以不同的取向朝向地球時，我們會看到光環(huán)由豐盈到消失、往復循2環(huán)的過程。
惠更斯還發(fā)現(xiàn)了土星最大的衛(wèi)星，現(xiàn)名為土衛(wèi)六的“泰坦”（Titan）。不到20年后，天文學家卡西尼發(fā)現(xiàn)土星的另外4顆衛(wèi)星，還首度觀測到土星光環(huán)最顯著的特征、現(xiàn)在被稱作“卡西尼環(huán)縫”的物質(zhì)稀疏區(qū)域。
示光環(huán)角度隨時間的變化，圖中明顯可見卡西尼環(huán)縫
（圖片來源：哈勃太空望遠鏡拍攝的土星）
土星光環(huán)的本質(zhì)讓幾個世紀的天文學家感到困惑。19世紀，美國天文學家基勒指出，土星光環(huán)由不連續(xù)的很多微粒組成，并非單一連續(xù)剛體——這在我們今天看來，是顯然的，沒有任何物體能承受那么大的剪切力而不碎裂。這在1981-1982年旅行者一號、二號探測器飛越土星之后，變得再明顯不過：旅行者號對土星光環(huán)所攝得的照片中，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了土星光環(huán)微粒在引力擾動下所呈現(xiàn)的一些暫現(xiàn)形態(tài)，一個動態(tài)的、有生命力的土星光環(huán)已經(jīng)呼之欲出。
土星和變化之中的土星光環(huán)F環(huán)
（圖片來源：旅行者號拍攝）
土星之春
兩次短暫的飛越不足以解答人們對土星的種種好奇。從80年代末開始，NASA開始計劃一次對土星的長時間環(huán)繞探測任務，卡西尼號任務計劃逐漸浮出水面。經(jīng)過幾年的研發(fā)與準備工作，1997年10月15日，一枚泰坦IVB型火箭將卡西尼-惠更斯探測器送入太空。
經(jīng)過幾次內(nèi)太陽系的重力助推操作，2004年6月，土星北半球的隆冬時節(jié)，卡西尼號進入了土星軌道。半年之后，惠更斯號土衛(wèi)六著陸器與卡西尼號分離，卡西尼號開始了孤獨而不寂寞的旅行。它的基本任務長度為4年，在那之后，卡西尼號在土星北半球的春天來臨之際，執(zhí)行了長度為2年的“春分點任務”。2010年起，健康狀況良好的卡西尼號又踏上了長達7年的“夏至點任務”，這持續(xù)到了今年4月。自那之后的5個月，卡西尼號踏上了視死如歸的最后旅途，“偉大終章任務”。
卡西尼號任務跨越土星北半球的冬、春、夏三個季節(jié)，這樣長時間的觀測讓我們有足夠耐心，靜靜觀察土星的陰晴變化。
上圖為土衛(wèi)十六與F環(huán)，下圖為春分附近的土衛(wèi)三十五與基勒環(huán)縫
（圖片來源：卡西尼號）
在土星光環(huán)的罅隙中，卡西尼號發(fā)現(xiàn)了土星光環(huán)層次分明的條帶結(jié)構(gòu)形成和保持的原因：土衛(wèi)十六“普羅米修斯”（Prometheus）在暗弱的F環(huán)內(nèi)側(cè)繞土星公轉(zhuǎn)，只有139千米長的這顆小衛(wèi)星長的像個土豆，所到之處在F環(huán)中掀起陣陣波瀾，仿佛驅(qū)趕羊群的牧羊犬一樣驅(qū)趕著環(huán)中的微?！@被稱作光環(huán)中的“牧羊犬衛(wèi)星”。另一顆大小、形狀都差不多的小衛(wèi)星土衛(wèi)三十五“達佛尼斯”（Daphnis）占據(jù)了另一條賽道：它在明亮的A環(huán)外邊緣，獨自開墾出了一條整潔的小徑——基勒環(huán)縫。它也時不時用它看似微弱的引力在小徑兩邊卷起一些風浪：“春分點任務”中，卡西尼號借助2009年土星春分日附近太陽側(cè)照光環(huán)的寶貴時機，拍下了土衛(wèi)三十五在基勒環(huán)縫兩邊卷起的、高出光環(huán)平面的“浪花”在光環(huán)上的影子，讓我們得以更直接測量出它的漫步對光環(huán)的影響究竟多大。旅行者號只窺得一目的光環(huán)變遷瞬間，在卡西尼的眼中終于連成一支支完整的影片。
土星的美麗光環(huán)點燃了無數(shù)詩人和科學家的美好幻想。其實，在八大行星中，天王星、木星、海王星可能也曾經(jīng)擁有行星環(huán)，只不過現(xiàn)在已經(jīng)不明顯了。在我們嘆息土星環(huán)消逝的同時，或許能夠看到它便是一種幸運。
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