以下文章经《The Conversation》网站授权转载，该网站是一家报道最新研究成果的在线出版物。
如果没有美丽的土星环系统，土星会是什么样子？在过去的13年里，卡西尼号太空探测器向我们展示了土星环的复杂性和动态性。
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这项为期20年的任务将于本月晚些时候结束，届时探测器将最后一次毁灭性地坠入土星。
作为其盛大结局的一部分，卡西尼号比以往任何时候都更接近土星环，先是掠过土星环的最外边缘，然后冒险穿过土星环和土星之间的空隙。
土星的巨大空隙
令人惊讶的是，这个空隙里非常空旷。这与去年年底卡西尼号经过外环时每秒受到数百个尘埃粒子的轰击的情况截然不同。
但这对于任务来说是个好消息，因为如果阻碍物较少，这个最后阶段成功的机会会更大。
在8月份最近的一次土星环俯冲中，探测器没有像之前那样，让天线先穿过空隙（提供更多的保护），而是翻转过来，让它在俯冲时捕捉到土星环的美妙景色。
了解你的土星环ABC
几个世纪以来，随着人们对土星环的观察越来越精细，它们被分成不同的部分。它们按照发现的顺序用字母命名，这意味着从最内层到最外层的顺序是D、C、B、A、F、G和E。
土星最内侧的D环密度远低于相邻的C环，因此也更暗淡。
观察靠近土星的土星环——D环很暗淡，而图像下部的C环则曝光过度。图片来源：NASA、JPL-Caltech 和空间科学研究所
通过比较卡西尼号拍摄的D环新图像与1980年旅行者号拍摄的原始发现图像，可以看出土星环在相对较短的时间内发生了变化。
比较相隔25年拍摄的D环图像。插图显示了卡西尼号实现的精细细节。图片来源：NASA、JPL 和空间科学研究所
在旅行者号的图像中，可以看到D环中有三个相对明亮的弧形（画面左下角的明亮弧形是C环）。最引人注目的是，中央最亮的弧形明显褪色，并向土星移动了200公里（该弧形不再与旅行者号的图像对齐）。
土星环的起源
我们知道土星环主要由水冰组成，但尚不清楚它们是如何形成的，甚至不知道它们有多古老。
它们仍然明亮，而不是被灰尘覆盖的事实表明它们很年轻——也许只有1亿年，形成于恐龙时代。
这与卡西尼号的数据一致，但这个理论也带来了一个问题：这意味着之前的卫星群在不久前发生了大规模的撞击，形成了土星环和土星目前五个卫星。
土星环的真彩色图像。中心上方和右侧的亮点是金星。图片来源：NASA、JPL-Caltech 和空间科学研究所
另一方面，卡西尼号还表明，进入土星系统的灰尘比最初预期的要少得多。这使得土星环既古老又明亮成为可能，它们形成于太阳系的早期。此外，土星环内部的相互作用可能会去除它们的灰尘，使它们看起来年轻。
手指指向源头
对于土星的最外层E环，其来源非常明确。卫星恩克拉多斯在这个环内运行，卡西尼号的观测直接追踪到环中的特征，其源头是恩克拉多斯表面喷发的间歇泉。
直接观测与计算机模拟非常吻合，计算机模拟了从恩克拉多斯间歇泉喷射出的微小冰粒的轨迹。图片来源：NASA、JPL-Caltech 和空间科学研究所
而在暗淡的F环中，卫星普罗米修斯创造了流状通道，将物质从环中拉出来。
普罗米修斯每次轨道运行一次就会与土星环相互作用，当它到达离土星最远、离F环最近的点时。由于普罗米修斯的运行速度快于土星环的物质，因此每次运行都会形成一条新的流状体，位于旧的流状体的前面。
突出的腰围
土星的几颗较小的卫星位于土星环内，并在土星环中开辟出空隙，卡西尼号已经显示它们的中部有凸起。
卫星潘负责清理A环的巨大恩克环缝。当它收集土星环的物质时，潘的引力不足以将积累的物质散布在其表面，反而形成了一个醒目的山脊。
这些卫星吞食土星环的物质，中间逐渐变得圆润。图片来源：NASA、JPL-Caltech 和空间科学研究所
小卫星达佛涅是卡西尼号新发现的七颗卫星之一。它只有8公里宽，当它在A环的小基勒环缝内运行时，它会拉动土星环的粒子，并在其身后留下波浪。
达佛涅在经过时会在土星环中掀起波浪。图片来源：NASA、JPL-Caltech 和空间科学研究所
将土星环变成卫星
卡西尼号发现了在土星明亮的A环最边缘形成新卫星的潜在迹象。
捕捉到正在发生的动作：土星环正在诞生一颗新的小卫星，可以看到土星A环外边缘的扰动。图片来源：NASA、JPL-Caltech 和空间科学研究所
新形成的物体可能不到一公里宽，但能够看到这样一个过程的发生让卡西尼号的科学家们感到非常惊讶。
它支持了很久以前，土星环可能比现在更大，并且能够产生今天存在的一些卫星的理论。
它还可能为了解太阳系行星的形成过程提供见解，这些行星是从曾经环绕年轻太阳的吸积盘中出现的。
卡西尼号无疑实现了探索土星、其大气层、磁层和土星环，以及研究土星卫星（特别是泰坦）的任务目标。人们已经学到了很多东西，包括能够以惊奇和敬畏的目光凝视我们所属的令人惊叹的太阳系。
本文最初发表于The Conversation。阅读原文。