土星'令人惊讶的戒指:迷人的谜团卡西尼解决了

自天文学家以来 伽利略·伽利雷 首先注意到土星在1610年的奇怪,这个星球的风景如画的戒指已经提出了许多迷人的谜题。在过去的13年里,美国 - 欧洲Cassini-Huygens Mission已经解决了很多这些避难所。 

卡西尼的数据表明大多数 土星's rings 可能和太阳系本身一样古老—约有45亿年。早期的观察,在1980年和1981年的Voyager Flybys,建议戒指可能年仅为1亿年,这是一个大彗星和冰冷的月亮之间令人讨厌的分手的结果。但是卡西尼观察结果表明,戒指无法通过单一事件生产。

自我恢复活力的冰草甸

卡西尼也确定了戒指几乎完全是水冰。所以,如果他们是如此的老,他们如何保持如此令人惊讶? Cassini发现该机制似乎与环颗粒之间的高速率相关。 Moons建在戒指内,然后通过碰撞和潮汐力分开,更新每个冰冷斑点的明亮表面。 [照片:土星的光荣戒指关闭]

微小的有机化合物色调和阴影亮冰。天文学家 卡尔萨根 叫这些五颜六色的化学品“tholins”,这是希腊语的“泥泞”。这些分子染料可能来自土星的卫星。菲比,特别是幽灵;事实上,Phoebe产生了自己的宽阔,弥漫的东西的东西。

土星的B环,Cassini部门和一部分的真彩色图像。请注意,卡西尼分部不为空,但含有较深的密度较暗的颗粒。 (图片信用:NASA / JPL-CALTECH / SSI)

从Cassini的特写视角,环形田似乎由数十万个同心的环形组成。但历史上,地球上的天文学家将他们视为几个大型离散的乐队。这些乐队是给出了字母— A through G —按照他们的发现顺序。

卡西尼辨别出戒指令人震惊。它们比厚度宽300万次。平均而言,最可见的环—A,B和C戒指—从上到下,只有33英尺(10米),没有比三层楼的大楼高。就像在任何明星周围的开发行星系统中一样,角动量和重力倾向于压缩到旋转盘中。

粒子物理学

通过将不同波长的无线电信号通过环形材料光束到地球上的天线,Cassini的无线电科学家能够确定粒子的尺寸和分布。大多数是小晶粒小的晶粒。许多人长大到鹅卵石的大小。不太常见的是冰岩和大巨石,达到房屋的大小。少数是山体积。 

土星戒指中粒度分布的假彩色无线电科学图像。粉红色和红色区域持有更多大颗粒;青色和蓝色区域含有大多数较小的谷物。 (图片信用:NASA / JPL-CALTECH / SSI)

颗粒的包装密度在主要环组中变化。很少的光线通过B戒指的拥挤雪球;一个假设的宇航员必须有助于挖掘他或她的方式。戒指不那么拥挤。 G环非常漫反射,如雾或烟。 

环系统的基本物理很简单。它主要是重力和碰撞的产品:每个斑点,鹅卵石和巨石在自己的轨道上围绕地球围绕着地球,骑在他人中万亿的位置。虽然所有人都在每秒几公里上飞行,但它们只会非常轻柔地互相高兴。环材料的位可能会撞击或粘在一起,粘在更大的桩中。 [ 美国宇航局 的Cassini Orbiter的最新土星照片

这些附聚物可能是暂时的或有时,继续生长。有些人可以用自己的权利作为微小的卫星旋转。自2013年以来,卡西尼科学家Carl Murray一直在观看一个戒指的外缘中的一个特别的凹凸。他将其命名为“Peggy”,以纪念他的婆婆。它看起来像一个大约7英里(11公里)的环形茧,长6英里(10公里),它在它背后有一个变薄的小径 彗星 。 Peggy可能有一个压实的核,也许是1英里(1.6公里)的直径,有一天可能成为月亮。或者,科学家们所说,它可能被打破并重新吸收到戒指中。

波浪,扭曲,扭结和辫子

卡西尼目睹了许多错综复杂的互动波形图案在环上传播。每个人用特定的引力共振召唤 土星 moon

土星的250英里(400公里)Moon Mimas拉开一个环和B戒指。 mimas orbits每22小时孤立一次。在环平面中的位置,其中材料在大约半下速度的速度下轨道,a 2:1重力谐振“环”,倾向于向内或向外拉动颗粒,清除相对较少的斑点的条带。这是主环之间看到的较深功能区的原因。这位“卡西尼师”被命名为17世纪天文学家Giovanni Domenico Cassini。 (图片信用:NASA / JPL-CALTECH / SSI)

实质性的 Moon Mimas. 以这种方式导致大卡西尼岛。土星的月亮平底锅伪造了202英里范围(325公里)的欧洲圆锥形潮流,给它一个波浪,扇形边缘。而微小的月亮的Daphnis犁了22英里范围(35公里)的沟,称为Keeler Gap,向每侧发出引力纹波—有点像湖上船的弓波。

土星的“牧羊人卫星”:Prometheus,直径63英里(103公里),在塑造冰冷粒子的火车方面发挥着更大的作用; Pandora,52英里(84公里)的直径,具有不太明显的作用,但有助于系统的稳定性。 (图片信用:NASA / JPL-CALTECH / SSI)

卫生部潘多拉和普罗米修斯的重力“牧羊人”是以圈成形。但有时,卫星的恶作剧效果更为直接。 Prometheus也erturbs ring材料,当月亮最远的时候向外拉动它。这些物质溪流中的一些弧形,撞上戒指并留下一条踪迹。

在其轨道的对面,普罗米修斯—比环移动得更快—有时轻柔地扒入F圈,几乎一直侵入它,拉动冰颗粒的飘带。卡西尼捕获了这种“软碰撞”的电影。

太阳系模拟

土星的戒指很像像胎儿太阳超过40亿年前的胎儿的压扁圆盘一样。因此,研究这些美丽的结构使研究人员在一个时间来收集关于地球形成的线索。环颗粒碰撞的频率很高,但是土星系统已经迅速抑制了其混乱,稳定比我们的太阳系和其他恒星的行星系统更快。

无论您是欣赏观点的科学还是美观,通过Cassini的相机眼睛看着戒指的大芭蕾舞是一种深刻的令人信服的体验。

作者,@DavidSkybrody,是作者和主任“土星王国–卡西尼史诗,“纪录片回顾了任务,现在在亚马逊Xivetv上市。Brody是初步执行制作人,Space.com和Livescience.com的母公司。

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