美科学家首次为土星光环"称重":了解年龄起源

发布时间:2016-02-16 来源:

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  据英国广播公司(BBC)网站报道,在太阳系中,木星、土星、天王星和海王星都有光环,但和其他三个暗弱的光环完全不同,土星的光环非常壮观,也因此让土星获得了“草帽行星”的雅号。

  土星的光环是由很多次一级光环复合而成的,其主要成分是尘埃颗粒与小冰块,土星光环的整体直径超过27万公里。从侧面看,这些光环的厚度非常薄,从地球上难以观测到。

  在整个土星光环结构中,规模最大的光环之一是土星的B环,但同时这也是最不透明的一个,事实上很多时候看B环的时候会发现它几乎是黑色的,而当光线的角度较为理想的时候,B环又会显得非常明亮,甚至成为整个光环系统中最明亮的一环。

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  在对土星B环质量进行的一次测算中,科学家们发现B环的一部分区域质量低于预期。一个研究组发现B环中透明度最差的部分并未如预期的那样质量更大一些。这一点让科学家们感到意外。就像我们的生活经验告诉我们的那样:相同一杯水,较为污浊的那杯水质量应该会比洁净的一杯水质量更大一些,因为其中可能含有一些杂质颗粒物,从而导致这杯水的透明度相对较差。但在土星B环中,这一日常经验显然不再适用了。

  甚至B环整体的质量也低于科学家们预期。尽管B环的一部分区域的物质密度要比临近的另一条光环A环的密度要大10倍,但其质量只比对方多了2~3倍。

  相关结果已经发表在近期出版的科研期刊《伊卡鲁斯》上。为了理解B环的质量问题,科学家们对所谓“螺旋密度波”进行了分析。这种波的结构模式直接受到光环质量大小的影响,因此对这种波的结构进行测量将让科学家们能够反推出光环的质量,就像给光环“称重”。

不同的土星光环看上去都有些许的差异不同的土星光环看上去都有些许的差异
土星光环的主要成分是尘埃颗粒,小石块和冰块土星光环的主要成分是尘埃颗粒,小石块和冰块

  研究结果发现B环的“表面质量密度”约在每平米40~140克之间。粗略来说,这就像每平米面积上分布有一只香蕉那么重的质量。

  根据这项研究的第一作者,美国爱达荷大学的马修·赫曼(Matthew Hedman)表示:“目前我们还远未弄清为何相同数量的物质会产生如此不同的透明度差异。这可能与这些颗粒物的大小和分布密度有关,也或许这与光环本身的结构差异存在关联。”

  对土星光环结构的深入了解将有助于精确估算其形成时间。美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的琳达·斯皮尔克(Linda Spilker)指出:“通过首次对土星B环进行精确称重,我们朝着准确判断土星光环的年龄和起源又迈出了坚实一步。”他说:“土星的光环是如此巨大,令人赞叹。它究竟是如何形成的?我们无法抑制想要知道这个问题答案的渴望。”

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