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揭秘土星最外侧神秘光环:规模巨大极其暗淡

时间:2018-06-29 07:52来源:中国国家天文
土星最大光环的物质来源是它的一颗卫星——土卫九。土星的另一颗卫星土卫八朝向运行方向前方的那一面已经完全被这些细小的颗粒物质染黑了 艺术示意图:土星
土星最大光环的物质来源是它的一颗卫星——土卫九。土星的另一颗卫星土卫八朝向运行方向前方的那一面已经完全被这些细小的颗粒物质染黑了  土星最大光环的物质来源是它的一颗卫星——土卫九。土星的另一颗卫星土卫八朝向运行方向前方的那一面已经完全被这些细小的颗粒物质染黑了
艺术示意图:土星巨大的“土卫九环”。可以看到它规模巨大,且距离土星很远艺术示意图:土星巨大的“土卫九环”。可以看到它规模巨大,且距离土星很远
翻开任何一本天文学入门教科书,里面都会告诉你,行星的光环必然存在于距离行星非常近的位置上,一旦光环物质离开行星体太远,那么传统天文学观点认为这些光环物质将会形成新的卫星。

  对此,美国马里兰大学的天体物理学家道格拉斯·汉密尔顿(Douglas Hamilton)表示:“这一理论在解释所有光环现象时的确非常有效,除了这一个。”汉密尔顿和同事们在近日出版的《自然》杂志中对土星规模最大,最奇特,也是最新发现的一个光环系统进行了描述。这个所谓的“土卫九环”(Phoebe ring)不仅规模要比研究人员们想象的更大,其组成物质的粒径也似乎细小的不同寻常——这些小颗粒不断的与另一颗土星卫星土卫八相撞,导致后者朝前的一整个半球都变成了黑色。

  汉密尔顿是在2009年 最先发现了这一“土卫九环”的研究团队成员,当时他们团队借助美国宇航局斯皮策空间望远镜的数据实现了这一发现。而他们之所以一开始会怀疑这里是否存在一 个新的光环,正是因为土卫八“一面黑一面白”的奇特情况提示了他们。与地球的卫星月球一样,土卫八永远以一面朝向土星。因此它的一面——就是变成了黑色的 那一面,永远都会朝向其运行的前方。而提示研究团队的第二条线索则来自土卫九——一颗运行在土卫八轨道更外侧,表面黑得跟碳一样的小卫星。

  汉密尔顿表示:“你可以想象在大约10亿年前有某个较大型的天体撞击了土卫九,导致大量的碎屑物飞溅出去。”这些碎屑物的清理要么是落向其他卫星,要么就落向土星。而当他尝试计算所有这些碎屑物全部被清理干净将需要多少时间时,他发现所需要的时间长的惊人——大约需要100亿年。这已经超过了太阳系存在的时间。汉密尔顿表示:“于是我们意识到,把土卫八的一面染黑的过程并非发生在非常久远的年代,而是正在发生之中。”在这样的情况下,他和他的科研团队便开始全面搜寻将土卫八染黑的那些细小物质。他说:“能够最终找到它真的非常令人兴奋。”

  那还是在6年前。当时他的团队正在撰写有关新光环发现的论文,他们手边有关这个暗弱光环的唯一数据来自一个非常小的区域。在汉密尔顿看来,这张图像给人的感觉“比一张邮票大不了多少”。后来,借助美国宇航局在2009年发射升空的“广域红外望远镜”(WISE),研究组终于有机会目睹这一光环系统的完整面貌。汉密尔顿表示:“之前我们就知道它非常巨大,但现在我们发现它比想象的更大。”

  研究组现在已经知道,这个所谓的“土卫九环”要比他们原先的估计大出大约30%,在天空中所占据的空间大小相当于土星本身的500倍以上。这让它成为迄今已知最大的光环,也可能是演化地最为缓慢的一个。汉密尔顿表示:“最让整件事显得不同寻常的是它与土星之间的距离很远,因此它的运动会很慢。从土卫九脱离出来的任何物质就直接滞留在那里了。”

  科学家们此前从未发现过类似的光环,尽管从理论上来说它们是可能存在的。杰克·里塞尔(Jack Lissauer)是美国宇航局埃姆斯研究中心的一名行星科学家,他表示尽管的确已经有强有力的证据证明这一光环中的物质来自于土卫九,但他仍然希望能够看到更近距离上的成像。或许那些距离土星更加遥远的小卫星(要知道土星一共拥有多达53个卫星)对于这一光环中的物质成分也有贡献。

  而在美国宇航局西南研究所天文学家卢克·道恩斯(Luke Dones) 的口中,这一“土卫九光环”显得“极其暗弱”。不过无论如何,探测到这个暗弱光环的存在本身就已经令人印象深刻,因为其可能还将指引科学家们理解存在于其 他恒星周围的碎屑物质环,而在其中就有可能隐藏着未曾被发现的行星体。甚至在我们的太阳系内部,木星,天王星和海王星也有可能存在着类似位于更加外侧,非 常暗淡的未知光环系统。汉密尔顿表示:“对于那些行星,我们希望能够找到宽度甚至更大的光环。”他说:“或许‘环’这个词已经不再适合对它进行描述了。或 许我们应该称之为‘云’。它们的探测难度很高,你也很难说服自己去相信它们是真实存在的。”

  在 汉密尔顿看来,“土卫九环”的这种出人意料的情况是在提醒着我们,宇宙中还隐藏着很多的惊喜。他说:“不断发生的情况是,当我们观察系外行星时,我们发现 它们具有一些完全出乎我们预料的情况,我们之所以感到这不同寻常,仅仅是因为太阳系里的行星没有这样的情况。这也在提醒我们,还有非常多的谜团尚未解开, 我们还远未能理解所有的东西。”
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