远古宇宙合并可能形成了泰坦，并由碎片创造了土星环

美国 - 艾赫巴里通讯社

远古宇宙合并可能形成了泰坦，并由碎片创造了土星环

太阳系中的每一颗行星都蕴藏着独特的奥秘，引发了关于其起源和演化的深刻问题。当科学家们还在探究金星如何变成炼狱般的景象，火星上是否存在过生命，以及地球上生命的起源时，土星这颗行星以其自身一系列引人入胜的谜团脱颖而出。它壮观的光环系统和惊人的274颗已确认卫星，使其成为渴望揭开其历史的行星科学家们的主要目标。

在此探索的核心在于理解土星光环的形成及其与众多卫星之间错综复杂的关系。目前的假说包括光环是古代月球碰撞的残余物，或者是过于靠近土星而被其巨大引力撕裂的卫星的碎片。现在，一篇即将在《行星科学期刊》（Planetary Science Journal）上发表的新研究，提供了一个引人入胜但又充满戏剧性的新视角。

这篇题为“Origin of Hyperion and Saturn's Rings in A Two-Stage Saturnian System Instability”（《超卫一和土星环在两阶段土星系统不稳定性中的起源》）的研究论文，由SETI研究所的Matija Ćuk博士领导，并在arXiv.org上发布，提出了一个新颖的场景。作者们指出，“土星环和一些卫星的年龄是一个悬而未决的问题”，并且“多条证据都指向一场最近（几亿年前）的、涉及过去卫星解体的灾难。”这项研究强调了土卫六（Titan），土星最大的卫星、太阳系第二大卫星，在驱动整个土星系统演化中的关键作用。土卫六远离土星的潮汐迁移对其周围环境产生了强大的影响。

研究人员解释说，“土星的倾斜度和小型卫星超卫一（Hyperion）的轨道，都记录了土卫六过去的轨道演化。”土星约26.7度的轴倾角对于一颗通常形成时倾角小得多的气态巨行星来说，是异常显著的。这一差异长期以来一直困扰着科学家们，而新的理论认为土卫六向外迁移是可能的原因。作者们详细阐述道：“土星的倾斜度很可能是由与行星的长期自旋-轨道共振产生的，而超卫一则陷入了与土卫六的平均运动共振，这两种现象都由土卫六的轨道扩张驱动。”

在前人关于土星早期历史中存在额外卫星的假说基础上，这项研究进一步完善了这一叙述。该场景提出，这颗古老的卫星与巨大的土卫六发生了近距离遭遇，随后被逐出轨道，并最终解体形成了土星的环。为了检验这一假设，研究人员采用了复杂的模拟，旨在探索这种事件如何发生，特别是目标是确定额外的卫星是否真的能足够接近土星以产生其环。

根据这项研究，其发现为土星系统中一些长期存在的谜团提供了解释。其中包括土星环令人惊讶的年轻年龄，卫星伊阿珀托斯（Iapetus）奇特的轨道倾角（相对于土星赤道平面倾斜约15度），以及土卫六异常的迁移速率与其表面明显的撞击坑缺乏之间的关联。

形状不规则、常被描述为像核桃的奇特卫星超卫一（Hyperion），尽管体积巨大，但在此理论中扮演着关键角色。首席作者Ćuk在新闻稿中表示：“超卫一，土星主要卫星中最小的一个，为我们提供了关于该系统历史的最重要线索。”“在额外卫星变得不稳定的模拟中，超卫一经常丢失，仅在罕见情况下幸存。我们认识到，土卫六-超卫一的锁定相对年轻，只有几亿年的历史。这与额外卫星消失的时期大致相同。也许超卫一并未在这种动荡中幸存，而是由此产生。如果额外的卫星与土卫六合并，它很可能会在土卫六轨道附近产生碎片。这正是超卫一形成的地方。”

模拟显示，当土星与其他行星的自旋-轨道共振被打破时，它破坏了一个研究人员称之为“原超卫一”（proto-Hyperion）的外部中型卫星的稳定性。这种不稳定性导致了大约4亿年前原超卫一与“原泰坦”（proto-Titan）之间的碰撞。这次巨大撞击产生的碎片据称堆积在超卫一上，导致其形状不规则。此外，原超卫一在碰撞前的扰动可以解释伊阿珀托斯（Iapetus）的轨道倾角，并激发了土卫六（Titan）的轨道偏心率。这引发了一系列与内部卫星如“原狄俄涅”（Proto-Dione）和“原瑞亚”（Proto-Rhea）的共振相互作用，导致进一步的不稳定、碰撞，并最终重新聚集了土星的内部卫星，特别是其光环。大部分被抛出的物质聚集形成了卫星，而一小部分则形成了行星的光环。

这次合并事件也巧妙地解释了土卫六表面撞击坑稀少的原因。尽管其起源古老，但该卫星的表面被认为由于这次重新覆盖事件而在地质上很年轻，阻止了大量撞击疤痕的积累。欧洲航天局（ESA）的惠更斯探测器拍摄的图像，虽然有限，但显示了与该假设一致的、缺乏大型撞击坑的表面。

任何观察土星系统天体之舞的人都能明显看到其动态的性质。这项新研究提供了一个连贯的时间线，将各种不同的观测结果编织成一个合理的叙述，解释了土星卫星和光环的当前构型，这一切都由一次戏剧性的、古老的宇宙合并事件所描绘。

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