注：不確定土星環(huán)中氧（oxygen）的存在形態(tài)，文中均為氧（單字）

圖：從紫外線圖像從里向外看，左邊是淡紅色的“卡西尼環(huán)縫”，之后是完整的A環(huán)，A環(huán)從深紅色內(nèi)部開(kāi)始，在遠(yuǎn)離行星處擴(kuò)散為藍(lán)色，這些藍(lán)色是水冰的標(biāo)志，A環(huán)外圍約3/4的紅色色帶為恩克環(huán)縫（圖源：NASA/JPL）

土星環(huán)是一個(gè)年輕且正在成長(zhǎng)的系統(tǒng)的一部分。根據(jù)最新觀測(cè)表明，這顆巨大行星周?chē)谶M(jìn)行著一場(chǎng)“雪球大戰(zhàn)”。

土星環(huán)主要由冰組成，可能只有1000萬(wàn)到1億年的歷史，與形成于45億年前的太陽(yáng)系相比，形成歷史十分短暫。

卡西尼太空探測(cè)器上的紫外線成像光譜儀（UVIS）的數(shù)據(jù)顯示了土星周?chē)闹行詺怏w數(shù)量變化。在一個(gè)例子中，最外層E環(huán)附近區(qū)域氧含量增加了約50%，但科學(xué)家無(wú)法確定發(fā)生了什么。

“氧含量波動(dòng)的一個(gè)可能解釋是，有一顆看不見(jiàn)的小型冰衛(wèi)星與土星的E環(huán)相撞”，科羅拉多大學(xué)博爾德分校的拉里·艾斯波西托說(shuō)。

以目前技術(shù)，這樣的小衛(wèi)星無(wú)法被觀測(cè)到，但天文學(xué)家認(rèn)為卡西尼探測(cè)的數(shù)據(jù)表明可能存在看不見(jiàn)的衛(wèi)星在影響著光環(huán)的形狀。

長(zhǎng)期以來(lái)，天文學(xué)家一直認(rèn)為土星環(huán)由各種尺寸的物體組成——從微小的冰凍顆粒到山脈尺寸的冰塊和巖石。

這種觀點(diǎn)認(rèn)為，巨型雪球的粉碎會(huì)產(chǎn)生小型冰晶顆粒，這導(dǎo)致了冰的表面積的增加，進(jìn)而加速了等離子體粒子（本質(zhì)上是過(guò)熱氣體）沿著土星磁場(chǎng)從冰中剝離氧原子的過(guò)程。

除了加速了氧的釋放，這些冰冷衛(wèi)星的破碎也可以解釋，土星光環(huán)為何能始終保持年青的外表。

圖：卡西尼號(hào)于2006年9月15日拍得的土星環(huán)全貌，亮度在圖中被強(qiáng)化（圖源：維基百科）

光環(huán)的消逝

當(dāng)卡西尼號(hào)接近土星時(shí)，UVIS探測(cè)器拍攝了一大團(tuán)形狀像甜甜圈的中性氧環(huán)繞著這顆行星。

云團(tuán)的半徑是土星半徑的3-8倍，大約與E環(huán)重疊，但縱向上寬得多，大概為光環(huán)平面向上兩個(gè)土星半徑的距離（土星半徑為36000英里，58000公里）

光環(huán)中的氧原子吸收太陽(yáng)輻射，并在光譜的紫外區(qū)發(fā)光，其發(fā)射光的變化波動(dòng)受氧原子數(shù)量變化影響。

氧原子數(shù)量的觀測(cè)值在2003年2月達(dá)到峰值，這意味著等離子體在兩個(gè)月的時(shí)間內(nèi)從最外層E環(huán)中剝離了約10億磅（5億公斤）的氧。

“據(jù)推測(cè)，等離子系統(tǒng)正在吞噬光環(huán)”，南加州大學(xué)唐納德·謝曼斯基說(shuō)，“這是通過(guò)侵蝕冰顆粒中的水分實(shí)現(xiàn)的。”

謝曼斯基在接受Space的電話采訪中解釋說(shuō)，等離子體顆粒在冰層中的穿透距離很小，因此侵蝕速率隨表面積的增加而增加。而當(dāng)物質(zhì)被分解為更小的碎片時(shí)，其表面積增大。

觀測(cè)得到的氧含量數(shù)據(jù)的巨大波動(dòng)可能是一大塊冰的破裂導(dǎo)致的——可能是由于與另一個(gè)冰衛(wèi)星碰撞，也可能是由于隕石的撞擊。

謝曼斯基和他的同事們根據(jù)氧的損失率估計(jì)，如果沒(méi)有物質(zhì)補(bǔ)充，最外層E環(huán)的質(zhì)量將在1億年后消失。

“再生必然存在”謝曼斯基說(shuō)道，“否則光環(huán)將逐漸走向死亡”

圖：藝術(shù)家在2007年描繪的土星環(huán)影像，冰冷的微粒聚集成環(huán)的固體部分（圖源：維基百科）

光環(huán)的涅槃

冰暴露在等離子中的這個(gè)過(guò)程也可能使光環(huán)恢復(fù)年青，來(lái)自光環(huán)中的美麗色帶可以作為證據(jù)。

這些顏色被認(rèn)為是由“污染物”造成的。當(dāng)流星撞擊土星時(shí)，其中的一些物質(zhì)將在土星環(huán)中沉淀下來(lái)。環(huán)中密度較低的條帶會(huì)更快地變臟，而冰塊越臟，其色帶的顏色也越暗。

但是，由于流行帶來(lái)的污垢會(huì)隨著時(shí)間的推移而擴(kuò)散，這一機(jī)制無(wú)法解釋這些條帶的厚度，除非時(shí)不時(shí)向這些光環(huán)中添加純凈冰。

“證據(jù)表明在過(guò)去的1000萬(wàn)至1億年中，新鮮干凈的材料可能被添加入了土星環(huán)系統(tǒng)?！卑共ㄎ魍姓f(shuō)，他于12月16日在《科學(xué)》雜志在線版發(fā)表文章并為第一作者。

小行星內(nèi)部不會(huì)被流星不斷的轟擊所污染。因此，研究人員通過(guò)假設(shè)一顆半徑約為12英里（20公里）的衛(wèi)星的消亡來(lái)解釋A環(huán)的亮度。

“土星環(huán)中的氧含量變化和光譜變化都符合光環(huán)歷史模型，其中小衛(wèi)星不斷被摧毀而產(chǎn)生新的光環(huán)”，艾斯波西托說(shuō)。

圖：太陽(yáng)從背后照亮的圖形外環(huán)（圖源：維基百科）

身處其中的研究

根據(jù)謝曼斯基的說(shuō)法，衛(wèi)星粉碎的說(shuō)法依然是有跡可循的，并且可能還有其他過(guò)程牽涉其中，例如土星的較大衛(wèi)星上的火山會(huì)噴出泥漿物質(zhì)。

他的團(tuán)隊(duì)正在持續(xù)監(jiān)測(cè)土星周?chē)难鹾?，且距離更近——因?yàn)榭ㄎ髂崽?hào)正在環(huán)繞土星的軌道上運(yùn)行。

“我們正身處其中”，他說(shuō)，當(dāng)然，他指的是氧環(huán)。

從這個(gè)有利角度，他們希望能繪制出中性氣體的三維結(jié)構(gòu)，他們還想確定氧含量水平發(fā)生波動(dòng)的頻率。

“我們有希望觀測(cè)到更多同類(lèi)事件”，謝曼斯基說(shuō)，“我們已經(jīng)有了第一次的經(jīng)驗(yàn)”

土星環(huán)：土星總共有七層光環(huán)。人們根據(jù)地面觀測(cè)和空間探測(cè)，把土星環(huán)劃分為7層。距土星最近的是D環(huán)，亮度最暗；其次是C環(huán)，透明度最高；B環(huán)最亮；最后是A環(huán)。在A 環(huán)和B環(huán)之間就是著名的卡西尼環(huán)縫，縫寬約5000千米。在A環(huán)之外有E、F、G三個(gè)環(huán)，最外層的是E環(huán)，十分稀薄和寬廣。

卡西尼環(huán)縫（Cassini division）：土星環(huán)B環(huán)和A環(huán)之間的空隙。1675年被卡西尼發(fā)現(xiàn)，故而得名。環(huán)縫寬5000km。旅行者2號(hào)飛船發(fā)現(xiàn)環(huán)縫中還有幾條細(xì)窄環(huán)。

恩克環(huán)縫（Encke Gap）：土星環(huán)A環(huán)中的空隙環(huán)縫，寬約320km。

BY: Michael Schirber

FY: Aphelion

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