夜幕降临时，透过望远镜，你会看到一颗特别的天体，看上去像是一顶纹饰精巧的“草帽”，它就是土星，美丽的“帽沿”就是大名鼎鼎的土星环。土星环是怎么构成的？光环内物质有着怎样的精密特征？一向以来，无论是天文爱好者，仍是专业的天文学家，都渴望能更多地揭开土星环的面纱。
对土星环进行探测，是“卡西尼”号探测器的使命之一。通过剖析“卡西尼”号使命结束前传回的数据，科学家团队对土星环有了新的认识，同时也产生了一些新的疑问。相关论文日前宣布在《科学》杂志上。
诞生是个谜 土星环是个“年青人”
长久以来，围绕土星环的构成有多种假说。其间一种以为，土星诞生之初或许就带着光环，这意味着土星环或许有着数十亿年的前史。
了解土星环的质量是解锁其年纪秘密的重要一环。此前，科学家现已弄清楚了土星环的质量与其年纪之间的关系：质量越低，环越年青。
燃料耗尽前，“卡西尼”号在土星和土星环之间进行了22次爬升，以进入土星的重力场。在那里，它可以感受到土星和环的引力。一旦科学家知道引力对“卡西尼”号的影响有多大，他们就能确定土星以及环的质量。
通过剖析“卡西尼”号传回的数据，科学家对土星环的质量有了新的认知。多年来，科学家一向倾向于信任土星主环B环的质量很大，乃至大过土卫一。
可是，“卡西尼”号的无线电科学团队测量得到的主环B环只是土卫一质量的0.4倍。
“这么小的质量，不或许是跟土星一同构成的。”中科院国家天文台研讨员平劲松介绍，此外，“卡西尼”号携带的宇宙尘土剖析器获得的数据，相同支撑土星环的年纪约在1.5亿—3亿年之间，或是更加年青这一结论。
既然不是和土星同时构成的，那土星环是怎么诞生的？科学家推测，或许是一颗彗星或是小行星撞上了土星的一颗卫星，产生的碎屑留在轨道上，被继续撕裂，造就了土星环。
如果这种假说建立，那么这颗“粉身碎骨”的天体有多大？平劲松介绍，据测算，它的质量和月球差不多大小。
土星环的年纪比此前设想的要年青得多，是“卡西尼”号带来的惊人发现之一。平劲松以为，现有的发现改写了土星环演化起源的前史，这一构成机制或许不只适用于土星环，关于其他行星环的构成来说也或许是建立的。
土星环的“三面像” 不同结构有共同成因
亮堂又广大的土星环，延伸到土星以外辽阔的宇宙空间。从远处看，它是一个柔软、全体的光环。可是，根据探测器近间隔拍回的相片显现，这个环并非全体，而是由许多小环组成。
主要的土星环，宽度从48公里到30.2万公里不等。间隔土星从近到远的土星环分别按被发现的次序命名为D、C、B、A、F、G和E环。其间，B环最宽、最亮，质量也最大。
在最终一次观测土星环时，“卡西尼”号发现了从块状到稻草状的各种纹路和图画。它所拍照的星环特写相片展现了星环内部三种天壤之别的结构——团块结构、滑润结构和条纹结构。
星环内部不同的纹路和结构怎么构成的？平劲松逐一进行了剖析。当一个小天体撞上土星卫星后，从动力学进程剖析，碰击后的碎片会逐渐从大块往小块变化。在这个进程中，碎片逐渐均匀分布的或许性较高。土星环中比较平整润滑的部分，或许就是在这样一个进程中构成的。
碎片运动进程，会受到其他卫星的效果。并不是一切的区域都存在安稳的轨道，在一些属于共振的区域，会呈现不安稳的情况。碎片停留在不安稳的区域，或许会被拽走。密度高的当地相对安稳，密度低的当地就不太安稳，这样会构成条纹状的结构。
还有一些从头会聚出来的、尺度比较大的土星卫星，它的轨迹和光环是在一个平面上。它对光环的影响，就像一艘快艇冲到河里的效果相同。光环在被冲击的进程中，一些当地的边际就不那么均匀了，进而构成团块的现象。
“这是三种比较或许的状况，当然，在土星环的构成进程中，也还有其他的要素在起效果。”平劲松说道。
天然的实验室 供给研讨行星构成的头绪
事实上，令科学家着迷的，不只仅是土星环自身。土星环内部物质彼此效果的进程，与恒星周围原行星盘内的行星构成进程极为类似。
“因而，土星环可视作是一个天然的实验室，为科学家进一步了解行星的构成进程供给许多头绪。”平劲松说道。
众所周知，恒星在由气体和尘土组成的巨球（原星系盘）中心构成, 剩下的物质逐渐凝集为类似土星环的圆盘，行星则在这个圆盘中逐渐集合而成。
如今的太阳系，现已很难找到构成之初的直接头绪了。但借助对土星环的研讨，或许能部分复原其时的景象。
如果说，早期岩石类的行星在宇宙中磕碰集合构成仍是一个假说的话。那么，土星环里的小卫星，与环内很多存在的多冰颗粒发作交互效果，则供给了实实在在的例子。
“起初，小天体碰击土星卫星时，它被分解成无数个小碎块。其间一些在环内运行时，彼此聚拢堆积成密度不太大、体积稍微大一点的天体，成为了土星的卫星。这和早期岩石类行星构成的进程十分类似。”平劲松说道。
他以为内行星构成演化的进程中，碰击和会聚是平行的两个重要方法。磕碰让物质从头分布，会聚让体积逐渐变大，最终构成现在所看到的景象。在39亿年前，乃至更早的时期，估计发作概率更高的是一边磕碰一边会聚的景象。
跟着研讨的深化，土星环的面纱被逐渐揭开。但关于土星环仍然还有不少待解的疑团。比如，土星环的内环和高层大气现已很接近了，那么它和高层大气之间存在什么样的物质交流效果机制？依照现在的动力学进程，土星环会存在多久？土星环里大一点的冰块是否会再次瓦解？想要答复这些问题，还有待进一步的科学研讨。
