美国国家航空航天局埃姆斯的三项研究表明，土星环：年轻而短暂

虽然在恐龙时代，没有土星环，任何人都看不到土星，但这颗行星可能还没有获得其标志性的配件——未来的地球居民可能会再次认识一个没有它们的世界。

美国国家航空航天局位于加利福尼亚州硅谷的艾姆斯研究中心的科学家最近进行的三项研究检查了美国国家航空宇航局卡西尼号任务的数据，并提供了证据，证明土星环既年轻又短暂——当然，从天文学的角度来看。

这项新的研究着眼于环的质量、它们的“纯度”、进入的碎片添加的速度，以及这如何影响环随时间的变化。把这些元素放在一起，人们可以更好地了解它们存在的时间和剩余时间。

戒指几乎完全是纯冰。不到百分之几的质量是来自微流星体的非冰“污染”，比如比一粒沙子还小的小行星碎片。这些粒子不断地与环形粒子碰撞，并为环绕行星的物质提供碎片。光环的年龄一直很难确定，因为科学家们还没有量化这种轰炸，以计算它会持续多久。

现在，三项新研究中的一项更好地了解了非冰物质的总到达率，从而了解了自环形成以来，它应该“污染”了环多少。这项由科罗拉多大学博尔德分校领导的研究还表明，微流星体的进入速度没有科学家想象的那么快，这意味着土星的引力可以更有效地将物质拉入土星环。这些证据表明，这些环不可能暴露在这场宇宙冰雹中超过数亿年——这只是土星和太阳系46亿年年龄的一小部分。​

Ames领导的第二篇论文支持了这一结论，该论文从不同的角度研究了微小太空岩石对环的不断撞击。这项研究的作者发现了两件在研究中基本上被忽视的事情。具体来说，他们研究了控制环长期演化的物理学，发现两个重要因素是微流星体轰击和这些碰撞产生的碎片在环内的分布方式。考虑到这些因素，这些环可能在短短数亿年内达到目前的质量。研究结果还表明，由于它们太年轻了，它们很可能是在土星系统内不稳定的引力摧毁了一些结冰的卫星时形成的。​

尽管所有四颗巨行星都有环形系统，但土星的是迄今为止质量最大、最令人印象深刻的。科学家们正试图通过研究环是如何形成的以及它们是如何随着时间的推移而进化的来理解为什么。美国国家航空航天局研究人员及其合作伙伴最近的三项研究提供了证据，证明这些光环是土星相对较新的补充，它们可能只持续数亿年。

埃姆斯研究所研究员、最近一篇论文的合著者杰夫·库齐说：“土星标志性主环可能是我们太阳系最近的一个特征的想法一直存在争议，但我们的新结果完成了卡西尼号的三重测量，这一发现很难避免。”。库齐还担任卡西尼号任务的土星环跨学科科学家。

那么，土星在采用目前的外观之前可能已经超过40亿年了。但是，我们今天所知道的那些美丽的戒指还能指望多久呢？

卡西尼号任务发现，随着来自最内层区域的物质落入行星，光环的质量正在迅速流失。同样由印第安纳大学领导的第三篇论文首次量化了环形物质向这个方向漂移的速度，而流星体再次发挥了作用。它们与现有环粒子的碰撞以及由此产生的碎片向外抛出的方式，共同形成了一种运动传送带，将环物质带向土星。通过计算这些粒子的碰撞对它们最终消失在地球上意味着什么，研究人员得出了土星的一些艰难消息：它可能在未来数亿年内失去光环。

埃姆斯大学的研究员、这三项研究的合著者保罗·埃斯特拉达说：“我认为这些结果告诉我们，所有这些外来碎片的持续轰炸不仅污染了行星环，而且随着时间的推移，它们应该会逐渐减少。”。“也许天王星和海王星的小而暗的光环就是这个过程的结果。土星的光环相对沉重而冰冷，这表明它们年轻。”

年轻的戒指，但是——唉！——相对来说也是短暂的。然而，人类并没有哀悼它们的最终消亡，而是可以感激自己是一个出生在土星盛装打扮的时代的物种，这是一个供我们观看和研究的行星时尚偶像。

了解更多信息：

美国国家航空航天局在硅谷播客：Jeff Cuzzi谈论土星和卡西尼号教会我们的许多事情

​横幅图片：2010年1月2日，卡西尼号宇宙飞船在土星轨道上的视图。在这张照片中，行星夜晚一侧的光环被显著照亮，以更清楚地揭示它们的特征。在白天，光环既被阳光直射，也被土星云顶反射的光线照亮。这张自然色的照片是卡西尼号宇宙飞船的窄角度相机在距离土星约140万英里（230万公里）的可见光下拍摄的图像的合成。卡西尼号宇宙飞船于2017年9月15日结束了任务。

对于研究人员：

美国国家航空航天局艾姆斯研究人员及其合作伙伴的三篇论文是：

2023年5月12日发表在《科学进展》杂志上的“土星环上的微小行星撞击将其年龄限制在不超过数亿年”。

“粘性演化对土星环初始质量、年龄和寿命的限制，包括微卫星炸弹造成的污染和运输，”发表在《伊卡洛斯》杂志上，2023年5月11日。

“由于弹道传输和质量加载，土星环中的大质量流入率”，发表在《伊卡洛斯》杂志上，2023年5月11日。

对于新闻媒体：

有兴趣报道这些话题的新闻媒体成员应联系埃姆斯新闻编辑室。

作者：Abby Tabor和Aaron McKinnon，美国国家航空航天局艾姆斯研究中心