土星环比之前认为的要年轻

根据印第安纳大学名誉天文学教授理查德·杜里森 ( Richard Durisen)的最新研究，土星环比科学家们曾经认为的要年轻得多 ——而且它们不会留下来。

几十年来，关于土星冰环的起源一直存在争论。但根据 Durisen 发表在伊卡洛斯 (Icarus) 上的两项新研究， 这些环的年龄不过几亿年 ——比 45 亿年前形成的行星本身年轻得多。事实上，Durisen 说这些环很可能是在恐龙还在地球上行走时形成的。

Durisen 和合著者保罗·埃斯特拉达 (Paul Estrada) 是宇航局位于加利福尼亚州硅谷的艾姆斯研究中心的研究科学家，他们还得出结论： 这些环最多只会再持续几亿年。

“我们不可避免的结论是，按照天文标准，土星环必须相对年轻，只有几亿年，”Durisen 说。“如果你看看土星的卫星系统，还有其他迹象表明在过去的几亿年里那里发生了一些戏剧性的事情。”

杜里森和埃斯特拉达长期以来一直认为土星环相对年轻，因为他们预计土星环会被行星际流星体的涌入侵蚀和变暗。然而，直到 NASA 长达 13 年的卡西尼号航天器任务(尤其是 2017 年的大结局，包括土星及其环之间经过的 22 个轨道)的数据可用时，他们才能够使用理论模型来确定年龄通过计算环在很长一段时间内的变化，来确定环的寿命。

对他们的工作特别重要的是卡西尼号对流星体流入率、环质量和土星环物质流入率的测量。

流星体的撞击不仅会污染环，还会最终导致环物质向内漂移至行星。杜里森和埃斯特拉达提出的理论模型表明，环应该以卡西尼号观测到的每秒数吨的惊人速度在地球上失去质量，这意味着环的剩余寿命只有几亿年左右.

Estrada 和 Durisen 的详细计算首次将粘性扩散(由于环粒子相互作用)与模拟中的流星体效应结合起来，旨在跨越像土星这样的环系统的整个生命周期。他们证明，考虑到卡西尼号测量的流星体流入率，与太阳系年龄相比，流星体撞击最终造成了较短的寿命。

“我们已经证明像土星这样的巨大环不会持续很长时间，”埃斯特拉达说。“可以推测，我们太阳系中其他冰和气态巨行星周围相对较小的环是曾经像土星一样巨大的环的残余物。也许在不远的将来，从天文学角度来说，土星环被磨掉后，它们看起来会更像天王星稀疏的光环。”

Durisen 长达数十年的研究生涯主要集中在从行星到星系的所有类型的旋转天体物理系统的演化和稳定性上。在 2010 年退休前的二十年里，他主要研究原行星盘——环绕新恒星的旋转气体盘，行星可以从中形成。但他对土星环的兴趣始于 1970 年代宇航局艾姆斯分校的博士后研究员，从那以后他一直在继续研究它们。

“在研究宇宙时，我们经常考虑起源——星系、恒星和行星的起源，”杜里森说。“但行星是非常活跃和多样化的系统，新事物一直在发生。如果土星环不像土星那么古老，那就意味着发生了一些事情以形成它们令人难以置信的结构，这对研究来说非常令人兴奋。”

Durisen 有兴趣了解未来的太空任务对土星系统有何发现。他说，虽然这颗主要由氦和氢组成的行星可能无法支持生命存在，但它的一些卫星上的条件可能在过去甚至现在支持生命存在。

“如果我们能够发现几亿年前该系统中发生了什么以形成环，我们可能最终会发现为什么土星的卫星土卫二会从深海中喷出水、冰甚至有机物质，”Durisen说。“我们甚至可能最终在土卫二上找到生命本身的基石。”