美丽的土星环，是在日渐老去，还是青春永驻

　　注：不确定土星环中氧（oxygen）的存在形态，文中均为氧（单字）
　　图：从紫外线图像从里向外看，左边是淡红色的＂卡西尼环缝＂，之后是完整的A环，A环从深红色内部开始，在远离行星处扩散为蓝色，这些蓝色是水冰的标志，A环外围约3/4的红色色带为恩克环缝（图源：NASA/JPL）
　　土星环是一个年轻且正在成长的系统的一部分。根据最新观测表明，这颗巨大行星周围正在进行着一场＂雪球大战＂。
　　土星环主要由冰组成，可能只有1000万到1亿年的历史，与形成于45亿年前的太阳系相比，形成历史十分短暂。
　　卡西尼太空探测器上的紫外线成像光谱仪（UVIS）的数据显示了土星周围的中性气体数量变化。在一个例子中，最外层E环附近区域氧含量增加了约50%，但科学家无法确定发生了什么。
　　＂氧含量波动的一个可能解释是，有一颗看不见的小型冰卫星与土星的E环相撞＂，科罗拉多大学博尔德分校的拉里·艾斯波西托说。
　　以目前技术，这样的小卫星无法被观测到，但天文学家认为卡西尼探测的数据表明可能存在看不见的卫星在影响着光环的形状。
　　长期以来，天文学家一直认为土星环由各种尺寸的物体组成——从微小的冰冻颗粒到山脉尺寸的冰块和岩石。
　　这种观点认为，巨型雪球的粉碎会产生小型冰晶颗粒，这导致了冰的表面积的增加，进而加速了等离子体粒子（本质上是过热气体）沿着土星磁场从冰中剥离氧原子的过程。
　　除了加速了氧的释放，这些冰冷卫星的破碎也可以解释，土星光环为何能始终保持年青的外表。
　　图：卡西尼号于2006年9月15日拍得的土星环全貌，亮度在图中被强化（图源：维基百科）
　　光环的消逝
　　当卡西尼号接近土星时，UVIS探测器拍摄了一大团形状像甜甜圈的中性氧环绕着这颗行星。
　　云团的半径是土星半径的3-8倍，大约与E环重叠，但纵向上宽得多，大概为光环平面向上两个土星半径的距离（土星半径为36000英里，58000公里）
　　光环中的氧原子吸收太阳辐射，并在光谱的紫外区发光，其发射光的变化波动受氧原子数量变化影响。
　　氧原子数量的观测值在2003年2月达到峰值，这意味着等离子体在两个月的时间内从最外层E环中剥离了约10亿磅（5亿公斤）的氧。
　　＂据推测，等离子系统正在吞噬光环＂，南加州大学唐纳德·谢曼斯基说，＂这是通过侵蚀冰颗粒中的水分实现的。＂
　　谢曼斯基在接受Space的电话采访中解释说，等离子体颗粒在冰层中的穿透距离很小，因此侵蚀速率随表面积的增加而增加。而当物质被分解为更小的碎片时，其表面积增大。
　　观测得到的氧含量数据的巨大波动可能是一大块冰的破裂导致的——可能是由于与另一个冰卫星碰撞，也可能是由于陨石的撞击。
　　谢曼斯基和他的同事们根据氧的损失率估计，如果没有物质补充，最外层E环的质量将在1亿年后消失。
　　＂再生必然存在＂谢曼斯基说道，＂否则光环将逐渐走向死亡＂
　　图：艺术家在2007年描绘的土星环影像，冰冷的微粒聚集成环的固体部分（图源：维基百科）
　　光环的涅槃
　　冰暴露在等离子中的这个过程也可能使光环恢复年青，来自光环中的美丽色带可以作为证据。
　　这些颜色被认为是由＂污染物＂造成的。当流星撞击土星时，其中的一些物质将在土星环中沉淀下来。环中密度较低的条带会更快地变脏，而冰块越脏，其色带的颜色也越暗。
　　但是，由于流行带来的污垢会随着时间的推移而扩散，这一机制无法解释这些条带的厚度，除非时不时向这些光环中添加纯净冰。
　　＂证据表明在过去的1000万至1亿年中，新鲜干净的材料可能被添加入了土星环系统。＂艾斯波西托说，他于12月16日在《科学》杂志在线版发表文章并为第一作者。
　　小行星内部不会被流星不断的轰击所污染。因此，研究人员通过假设一颗半径约为12英里（20公里）的卫星的消亡来解释A环的亮度。
　　＂土星环中的氧含量变化和光谱变化都符合光环历史模型，其中小卫星不断被摧毁而产生新的光环＂，艾斯波西托说。
　　图：太阳从背后照亮的图形外环（图源：维基百科）
　　身处其中的研究
　　根据谢曼斯基的说法，卫星粉碎的说法依然是有迹可循的，并且可能还有其他过程牵涉其中，例如土星的较大卫星上的火山会喷出泥浆物质。
　　他的团队正在持续监测土星周围的氧含量，且距离更近——因为卡西尼号正在环绕土星的轨道上运行。
　　＂我们正身处其中＂，他说，当然，他指的是氧环。
　　从这个有利角度，他们希望能绘制出中性气体的三维结构，他们还想确定氧含量水平发生波动的频率。
　　＂我们有希望观测到更多同类事件＂，谢曼斯基说，＂我们已经有了第一次的经验＂
　　土星环：土星总共有七层光环。人们根据地面观测和空间探测，把土星环划分为7层。距土星最近的是D环，亮度最暗；其次是C环，透明度最高；B环最亮；最后是A环。在A 环和B环之间就是著名的卡西尼环缝，缝宽约5000千米。在A环之外有E、F、G三个环，最外层的是E环，十分稀薄和宽广。
　　卡西尼环缝（Cassini pision）：土星环B环和A环之间的空隙。1675年被卡西尼发现，故而得名。环缝宽5000km。旅行者2号飞船发现环缝中还有几条细窄环。
　　恩克环缝（Encke Gap）：土星环A环中的空隙环缝，宽约320km。
　　BY: Michael Schirber
　　FY: Aphelion
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