新研究确定了土星环的年龄：它们真的很年轻

由科罗拉多大学博尔德分校的物理学家Sascha Kempf领导的一项新研究提供了迄今为止最有力的证据，证明土星环非常年轻 - 可能回答了一个多世纪以来困扰科学家的问题。

这项研究于12月400日发表在《科学进展》杂志上，认为土星环的年龄不超过4亿年。这使得土星环比土星本身年轻得多，土星本身大约有5亿年的历史。

研究人员通过研究一个看似不寻常的主题：尘埃，得出了这个结论。

肯普夫解释说，微小的岩石物质几乎不断地冲刷着地球的太阳系。在某些情况下，这种通量会在行星体上留下一层薄薄的尘埃，包括在构成土星环的冰上。

在这项新研究中，他和他的同事们开始通过研究这层尘埃的积累速度来在土星环上定日期 - 有点像通过沿着表面滑动手指来判断房子的年龄。

“想想戒指，就像你家里的地毯一样，”肯普夫说。“如果你铺了一张干净的地毯，你只需要等待。灰尘会落在您的地毯上。戒指也是如此。

这是一个艰巨的过程：从2004年到2017年，该团队在美国宇航局晚期的卡西尼号航天器上使用了一种名为宇宙尘埃分析仪的仪器来分析在土星周围飞行的尘埃斑点。在这13年里，研究人员只收集了163种来自地球附近以外的谷物。但这已经足够了。根据他们的计算，土星环可能只收集了几亿年的尘埃。

换句话说，行星的环是新的现象，在宇宙术语中，它们在眨眼之间出现(甚至可能消失)。

“我们知道戒指的年龄，但它并不能解决我们的任何其他问题，”肯普夫说。“我们仍然不知道这些环最初是如何形成的。

从伽利略到卡西尼

400多年来，研究人员一直被这些看似半透明的环所吸引。1610年，天文学家伽利略·伽利莱(Galileo Galilei)首次通过望远镜观察了这些特征，尽管他不知道它们是什么。(伽利略的原始图纸使戒指看起来有点像水壶上的手柄)。在1800年代，来自苏格兰的科学家麦克斯韦得出结论，土星环不可能是固体，而是由许多单独的碎片组成。

今天，科学家们知道土星拥有七个由无数冰块组成的环，大多数都比地球上的一块巨石大不了多少。总的来说，这种冰的重量大约是土星卫星Mimas的一半，距离土星表面近175，000英里。

肯普夫补充说，在20世纪的大部分时间里，科学家们认为土星环可能与土星同时形成。

但这个想法引发了一些问题——即土星环闪闪发光。观测表明，这些特征由大约98%的纯水冰组成，只有少量的岩石物质。

“几乎不可能得到如此干净的东西，”肯普夫说。

卡西尼号提供了一个机会，为土星环设定一个确定的年龄。该航天器于2004年首次抵达土星并收集数据，直到2017年故意撞入土星大气层。宇宙尘埃分析仪的形状有点像一个水桶，在它们呼啸而过时舀起小颗粒。

LASP的工程师和科学家为NASA即将于2024年发射的Europa Clipper任务设计并建造了更复杂的尘埃分析仪。

研究小组估计，这种行星际污垢每年对土星环每平方英尺的贡献远远少于一克尘埃 - 一个轻微的洒水，但足以随着时间的推移而增加。以前的研究还表明，这些环可能是年轻的，但没有包括尘埃积累的明确措施。

运气的抚摸

戒指可能已经消失了。在之前的一项研究中，美国宇航局的科学家报告说，冰正在慢慢地落到地球上，并可能在100亿年后完全消失。

肯普夫说，这些短暂的特征存在于伽利略号和卡西尼号航天器可以观测到它们的时候，这似乎好得令人难以置信，这需要解释环最初是如何形成的。例如，一些科学家认为，土星环可能是在行星的引力撕裂一颗卫星时形成的。

“如果这些环是短暂的和动态的，为什么我们现在看到它们?”他说。“运气太好了。”

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