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一些證據(jù)揭示土星環(huán)上有肉眼不可見的衛(wèi)星

來源:hao123百家號     時間:2022-04-17 12:57:04

土星環(huán)上似乎也有一個隱形的“月亮”,這些證據(jù)揭示了這些神秘的衛(wèi)星的存在

如圖所示,圖片左半部分的亮帶是密度波的峰值,由土衛(wèi)十對土星星環(huán)所產(chǎn)生的引力引起。圖像右半部分較小的密度波是由土衛(wèi)十七引起的。當(dāng)星環(huán)從一個遙遠(yuǎn)的恒星面前經(jīng)過時,研究人員通過觀察恒星的光線閃爍來進(jìn)行這項觀測。(圖片來源:NASA/Cassini/科羅拉多大學(xué))

根據(jù)三項新的觀測結(jié)果表明,有幾個微小的、看不見的衛(wèi)星圍繞著土星運行,并控制著土星環(huán)的形狀。

通過一項研究,人們發(fā)現(xiàn)了一個關(guān)于隱形衛(wèi)星存在的強有力的證據(jù):有一顆大概只有幾英里寬的小衛(wèi)星,在土星環(huán)的某個邊緣缺口處形成了與另一個較大的、已知的衛(wèi)星產(chǎn)生的環(huán)形邊界的特征相同的形狀。

在另外一項相關(guān)的研究中,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了嵌在星環(huán)中的足球場大小的團(tuán)塊。人們以前從未在土星周圍看到過如此微型的天體,然而一維圖像并沒有顯示出這些團(tuán)塊是固體物體還是云狀的聚集顆粒。令人驚訝的是,這項研究還顯示土星的星環(huán)有很多尖銳的邊緣,這表明它們是由微小的、未被發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星組成的。

第三項調(diào)查發(fā)現(xiàn)土星周圍有一個氧氣光環(huán),研究人員認(rèn)為這是由那些嵌入環(huán)中被稱為 "小月球"的物體之間的不斷碰撞造成的。

這些研究在上周被發(fā)表在肯塔基州路易斯維爾舉行的美國天文學(xué)會行星科學(xué)部年會上。

藏在縫隙之間

土星環(huán)之間的大空隙中那些相對較小的衛(wèi)星是清晰可見的,也可以在旅行者號的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)。這些衛(wèi)星的直徑只有12英里(20公里),已知這些衛(wèi)星在引力作用下引導(dǎo)土星環(huán)中的顆粒,并維持環(huán)之間的空隙。

但是,在土星環(huán)的十幾個缺口中,是否每一個都有嵌入的衛(wèi)星,這是卡西尼號航天器旨在回答的一個重要問題。科學(xué)家們也不知道土星環(huán)最初是如何形成的,或者它們到底是由什么構(gòu)成的。

科羅拉多州博爾德市太空科學(xué)研究所的卡羅琳-波爾科領(lǐng)導(dǎo)研究了一項對卡西尼圖像的研究,提出可能有一個新的小衛(wèi)星。

波爾科告訴太空網(wǎng),她有 "間接證據(jù) "證明在土星主環(huán)外緣附近的基勒環(huán)縫中有一顆小衛(wèi)星。證據(jù)是從基勒環(huán)縫的外緣突出來的一些 "尖狀物 "。

波爾科說,這些特征類似于牧羊人衛(wèi)星普羅米修斯在F環(huán)內(nèi)緣產(chǎn)生的那些特征。

目前還沒有人看到這個衛(wèi)星,波爾科懷疑它的直徑不會超過3英里(5公里)左右。她強調(diào)說,因為沒有人看到過,這個大小是根據(jù)缺口的大?。▋H22英里(35公里)寬)以及所涉及的動力學(xué)分析所產(chǎn)生的一個猜測。

"看到這個衛(wèi)星的跡象令人振奮,"她說。"我們將在未來的觀測中密切關(guān)注它。"

另一組觀測結(jié)果幫助科學(xué)家們更好地了解了星環(huán)中顆粒的大小,還顯示出星環(huán)有鮮明的分界點,中間有刺眼的空隙。這個有史以來獲得的土星環(huán)的最詳細(xì)的視圖是通過觀察來自遙遠(yuǎn)的恒星的光在穿過土星環(huán)時的閃爍而得到的。

科羅拉多大學(xué)博爾德分校的約書亞-科威爾說,顆粒在單獨的環(huán)狀物中非常緊密地組合在一起。有時,星光在130英尺(40米)長的范圍內(nèi)被完全阻擋?;蛘咴谄渌胤剑枪庵苯诱丈溥^來。"我們看到星環(huán)從完全透明變化到完全不透明,"科威爾說。

未來的觀測可能會揭示出這些結(jié)構(gòu)是固體團(tuán)塊:基本上是冰冷的小衛(wèi)星,或者是沒有粘在一起的蓬松的顆粒團(tuán)塊。

更有說服力的是,在距離小環(huán)的邊緣僅160英尺(50米)的地方,物質(zhì)的數(shù)量就會下降到零。

科爾韋爾在一次電話采訪中說:"我沒有預(yù)料到會有這么尖銳的過渡。

他說,很可能是附近的一顆小衛(wèi)星的引力加上環(huán)形粒子之間的碰撞,將粒子限制在一個環(huán)形顆粒中。

高分辨率的觀測還顯示了星環(huán)中由衛(wèi)星和星環(huán)顆粒之間的引力相互作用引起的30多個密度波。以前也曾在星環(huán)中發(fā)現(xiàn)過密度波,但不是以這種分辨率。

"在星環(huán)中形成一個波浪,看起來像池塘中的漣漪,"科威爾說。"這些波峰和波谷的形狀有助于科學(xué)家了解環(huán)狀粒子是像高爾夫球那樣堅硬而有彈性的,還是像雪球那樣柔軟而不那么有彈性的。"

持續(xù)的碰撞

另一組新的觀測數(shù)據(jù)顯示,土星周圍有一個巨大的氧原子云。

科學(xué)家們認(rèn)為,當(dāng)環(huán)形系統(tǒng)內(nèi)的小衛(wèi)星發(fā)生碰撞、破碎并釋放出冰粒子時,就會形成云狀物??屏_拉多大學(xué)的拉里-埃斯波西托(Larry Esposito)說,他負(fù)責(zé)卡西尼號紫外線成像光譜儀的操作,他說,這顆巨行星周圍的輻射帶沐浴著冰粒子,從而釋放出氧氣。

這一發(fā)現(xiàn)可能解釋了今年早些時候的觀察結(jié)果,即環(huán)狀顆粒被垃圾所覆蓋,而且垃圾的數(shù)量在不同的位置有所不同。

埃斯波西托說:"我們看到的波動可能是最近環(huán)內(nèi)小衛(wèi)星的破壞以及環(huán)內(nèi)的波浪作用,波浪作用將新鮮物質(zhì)甩到環(huán)內(nèi)顆粒的表面上。"這表明,星環(huán)中的物質(zhì)是不斷地從星環(huán)到衛(wèi)星再到星環(huán)。

波爾科說,對土星環(huán)和衛(wèi)星的研究可能以一種意想不到的方式得到回報。

也就是說,有一個系統(tǒng)是類似于恒星在形成之后留下的圍繞恒星運行的顆粒圓盤,而行星就是從這個圓盤中形成的。確定土星的衛(wèi)星和小衛(wèi)星是如何發(fā)展、碰撞,以及有時如何以奇特的軌道結(jié)束的,可以啟發(fā)我們思考行星系統(tǒng)是如何形成的。

卡西尼號全貌

土星環(huán)是太陽系中最廣闊的環(huán)狀系統(tǒng)。它們由無數(shù)的小顆粒組成,大小從微米到米不等,[1] 圍繞著土星運行。這些環(huán)狀顆粒幾乎完全由冰構(gòu)成,還有微量的巖石物質(zhì)成分。對于它們的形成機制,目前還沒有共識。盡管理論模型表明,星環(huán)很可能是在太陽系歷史的早期形成的,[2] 但來自卡西尼號的最新數(shù)據(jù)表明,它們的形成時間相對較晚。

雖然土星環(huán)的反射增加了土星的亮度,但從地球上用非輔助視力是看不到它們的。1610年,也就是伽利略將望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)向天空的第二年,盡管他看得不夠清楚也無法辨別它們的真實性質(zhì),但是他還是成為第一個觀察到土星環(huán)的人,。1655年,克里斯蒂安-惠更斯(Christiaan Huygens)是第一個將它們描述為圍繞土星的圓盤的人。[4]皮埃爾-西蒙-拉普拉斯提出土星環(huán)是由一系列小環(huán)組成的,盡管真正的空隙很少。將土星環(huán)看作一個環(huán)狀圓盤,在密度和亮度上有同心的局部最大值和最小值,是比較正確的理論。[2] 在土星環(huán)內(nèi)部的團(tuán)塊上,有很多空隙。

星環(huán)內(nèi)有許多空隙,在這些空隙內(nèi),粒子的密度急劇下降:其中兩個空隙是因為有已知衛(wèi)星嵌入其中,然而還有許多空隙在已知的與土星的衛(wèi)星發(fā)生不穩(wěn)定軌道共振的位置,這些其他的空隙仍未得到解釋。另一方面,穩(wěn)定的共振是幾個星環(huán)的長壽的原因,如泰坦環(huán)和G環(huán)。

在主環(huán)之外是土衛(wèi)九環(huán),據(jù)推測它來自于土衛(wèi)九,因此與土衛(wèi)九共享逆行的軌道運動。它與土星的軌道平面對齊。土星的軸向傾斜度為27度,所以這個環(huán)與在土星赤道上方的環(huán)傾斜了27度的角度。

BY: Robert Roy Britt

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