天文学家在土星周围发现太阳系最大的行星环 [更新]

一个弥漫性的、新发现的环以非凡的距离环绕着这颗气体巨行星


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一项推测性的搜索,旨在寻找源自土星外层卫星之一的碎片带,结果发现了似乎是太阳系中已知的最大行星环。

根据本周《自然》杂志上宣布这项发现的论文,这个与遥远的土卫九(Phoebe)相关的、新发现的环从土星延伸至大约 1250 万公里,甚至可能更远。(《大众科学》是自然出版集团的一部分。)相比之下,土星已知的第二大环,E环的外边界距离行星不到 50 万公里。这颗气体巨行星有七个主环(按发现顺序命名为 A 到 G),由冰、岩石和尘埃组成,它们之间还有更多的间隙和分隔。

研究人员本周还在波多黎各法哈多举行的美国天文学会行星科学部年会上介绍了他们的发现。

利用美国宇航局斯皮策太空望远镜上的红外仪器,弗吉尼亚大学(U.V.A.)的行星科学家安妮·维比瑟以及U.V.A. 天文学家迈克尔·斯克鲁茨基马里兰大学帕克分校天文学家道格拉斯·汉密尔顿扫描了土星和土卫九之间的部分区域,土卫九的轨道距离土星约 1300 万公里。研究人员在斯皮策数据中探测到了一个极其宽阔的碎片环的热辐射,跨度近 500 万公里。(由于覆盖范围不完整,维比瑟及其合作者还借鉴了其他研究人员的观测结果来扩大调查范围,但该环的延伸范围可能超出他们可用图像的限制。)

“这太大了,”维比瑟在谈到这个环时说。 如果它足够明亮到可以在地球上看到,它将使夜空中其他天体的大小相形见绌。“你可以在土星的每一侧放一个满月,”她说。“它就是这么大。”

两位行星环系统专家参加了维比瑟及其同事在波多黎各展示其研究成果的会议,他们认为这项研究令人信服。“眼见为实,当你看到照片时,真的毫无疑问那里有一个又大又厚的环,”位于加利福尼亚州山景城的SETI 研究所的行星天文学家马克·肖沃尔特说。“这是一个绝对完美的探测。”

“我被我所看到的说服了,”位于加利福尼亚州帕萨迪纳的美国宇航局喷气推进实验室的行星环科学家琳达·斯皮尔克表示赞同,并补充说,斯皮策图像与环应该是什么样子的数值模型之间的对齐是令人信服的。作为土星探测器卡西尼号探测器的副项目科学家,斯皮尔克指出,卡西尼号配备了宇宙尘埃分析仪,但在 2004 年与土卫九相遇期间没有探测到这个弥漫性的环,这并不奇怪。“它没有很多粒子,”她在谈到这个环时说,并指出很容易在没有注意到的情况下穿过它。

该研究的作者推测,陨石撞击土卫九黑暗、布满陨石坑的表面释放出形成环的粒子。这种说法可能解释了土卫八(Iapetus)异常的双色表面,土卫八是土卫九轨道内的一颗土星卫星。土卫九产生的环的较小粒子应该向内迁移,最终会被土卫八捕获,用深色物质覆盖这颗卫星的前导面——这个预测已经流传了几十年,与观测结果相符。 碎片环的存在意味着这个过程正在进行中。

像土卫九产生的环这样的微弱环可能相对常见,只是难以探测,因为大多数小卫星都会受到撞击,从而扬起尘埃和碎片。在太阳系的其他地方也发现了类似的由卫星尘埃构成的环。“这是一个非常普遍的现象。我们只是从未见过像土卫九环这样规模的,”肖沃尔特说。斯皮尔克指出,“无论你在哪里找到一颗卫星,并且你受到微陨石的轰击,你都会有一个尘埃源。尘埃很可能继续形成一个环。”

维比瑟的团队差点错过了在土卫九附近进行搜索的机会:斯皮策太空望远镜在五月份耗尽了低温冷却剂,就在土卫九调查进行三个月后。在望远镜新的“温暖”状态(仍然远低于 –200 摄氏度)下,斯皮策的许多仪器不再以全灵敏度工作,包括多波段成像光度计上的 24 微米红外扫描仪,该扫描仪用于探测新发现的环。任务的转变意味着后续观测将不得不使用其他仪器或航天器进行,这些仪器或航天器可能不太适合这项任务。

斯皮策土星环搜寻时间的提案是多年前提交的,但并未获得优先考虑,维比瑟说——也许是因为,正如她所说,“去寻找可能的环是完全推测性的”。

“你只能每六个月用斯皮策观测一次土星,并且每六个月大约有 20 天的观测窗口,”她说。“在那些可观测窗口期间,我们一直错过时间安排,而这确实是在望远镜仍然有低温剂剩余的情况下,最后一次土星可观测窗口中进行的。”

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