部分土星卫星比恐龙年代还年轻

　　发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　根据SETI研究所首席研究员Matija Cuk等人的最新研究：土星的某些冰质卫星和光环，可能是近代产物，其形成时间仅在数亿年前，比大多数恐龙物种统治地球的年代还晚；这个时间点，比天文学家以前认为的还要晚很多。
　　人们从1600年代便知晓土星环的存在，但对土星环的形成年代却屡有争议。其中，最简单明确的推测就是它们是和土星一起在40多亿年前形成的。然而在2012年时，法国天文学家发现土星系统有潮汐效应（tidal effect），即土星内部深处的流体与内侧卫星之间的重力交互作用；在此潮汐效应下，这些内侧卫星的公转轨道很快地便愈来愈大。这意味着，从这些内侧卫星现今位置来看，这些卫星，甚至是光环，都是近期才形成的现象。Cuk等人利用这个事实经由电脑模拟方式来窥盱土星内侧冰质卫星的历史。Cuk等人就是因此才发现这些小卫星的形成年代比之前认为的还晚2%左右。
　　我们自己的月球绕地球公转时是独占一个轨道，土星众多卫星则有许多是共用轨道，当它们的轨道因潮汐效应逐渐扩大的过程中，却因轨道半径增加速度不一，使得某些共用轨道的卫星对偶然间会进入所谓的轨道共振（orbital resonance）状态，某颗卫星的公转轨道周期会与另一颗卫星的轨道周期呈简单比例，例如1:2或2:3等。在这种特殊状态下，即使小卫星的重力很微弱，仍对彼此轨道有强烈影响力，使得它们的轨道变得更为椭长，且轨道平面倾角增加，逐渐偏离原来的轨道平面。
　　将现行的轨道倾角和电脑模拟所预测的加以比较后，便可了解土星卫星的轨道变动多少。结果证明土星最重要的卫星中，如土卫三（Tethys）、土卫四（Dione）和土卫五（Rhea）等，其轨道变动程度比先前认为的还温和一点；而它们的轨道倾角相对于其他卫星也比较小，显示它们不曾经历过太多轨道共振，这意味着它们原本的形成地点离现在所处位置并不远。
　　但是，它们究竟是在多久之前形成的？Cuk等人利用卡西尼号（Cassini）太空船的观测资料来寻找答案。卡西尼号观测到土卫二（Enceladus）也冰喷泉。假设促使冰喷泉喷发的能量直接来自潮汐交互作用，且土卫二的地热活动程度大致维持固定，那么土星内部的潮汐力就会非常强。如此一来，仅能将这些卫星小幅移动，从电脑模拟结果来看，大约花费了1亿年左右。而由此又可推测土星主要卫星的形成时间，除了距离土星比较远的土卫六（Titan）和土卫八（Iapetu）之外，其他主要卫星的形成的时间都在距今不久的白垩纪，也就是恐龙主宰地球的主要时期。
　　不过，随之而起的问题是：什么原因造成这些内侧卫星在近期形成？Cuk等人认为最可能的原因是土星以前有类似的卫星群，但它们的轨道受到土星绕太阳公转过程中出现的某种轨道共振的扰动，使得邻近卫星的轨道彼此交错，造成这些天体发生碰撞；土星的众多小卫星和光环就是在这串碰撞事件中形成的。如果这个结论正确，则土星的亮环可能比恐龙全盛期还年轻，这才让我们今日有幸得以见到这些漂亮的光环。
　　资料来源：http://www.seti.org/seti-institute/press-release/moons-saturn-may-be-younger-dinosaurs, 2016.03.24, KLC
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