土星环的年龄有多大？宇宙尘埃分析仪显示它们比以前认为的要年轻得多

由科罗拉多大学博尔德分校的物理学家Sascha Kempf领导的一项新研究提供了迄今为止最有力的证据，表明土星环非常年轻--可能回答了一个让科学家困惑了一个多世纪的问题。这项研究于5月12日发表在《科学进展》杂志上，将土星环的年龄确定为不超过4亿年。这使得土星环比土星本身年轻得多，土星的年龄大约为45亿年。

科罗拉多大学博尔德分校大气和空间物理实验室（LASP）副教授肯普夫说："在某种程度上，我们已经对一个始于詹姆斯-克拉克-麦克斯韦的问题有了结论。"

研究人员通过研究一个可能看起来不寻常的主题得出了这个结论：灰尘。Kempf解释说，微小的岩石物质颗粒几乎不断地冲过地球的太阳系。在某些情况下，这种冲刷会在行星体上留下一层薄薄的灰尘，包括在构成土星环的冰上。

在这项新的研究中，他和他的同事们通过研究这层尘埃积累的速度来确定土星环的日期--有点像通过用手指沿着房子的表面来判断房子的年龄。

"把星环想象成你家里的地毯，"Kempf说。"如果你有一条干净的地毯，你只需要等待。灰尘会在你的地毯上沉淀。环的情况也是如此。"

但这是一个短暂而又漫长过程： 从2004年到2017年，该团队使用美国宇航局晚期的卡西尼号航天器上的一种叫做宇宙尘埃分析仪的仪器来分析围绕土星飞行的尘埃斑点。在这13年里，研究人员仅仅收集了163个来自该行星近邻之外的颗粒。但这已经足够了。根据他们的计算，土星环聚集灰尘的时间可能只有几亿年。换句话说，这颗行星的星环是新的现象，它的出现（甚至有可能消失）在宇宙中相当于一眨眼的时间。

"我们知道星环的年龄，但这并没有解决我们的任何其他问题，"Kempf说。"我们仍然不知道这些星环首先是如何形成的。"

400多年来，研究人员一直被这些看似半透明的星环所吸引。1610年，意大利天文学家伽利略首次通过望远镜观察到这些特征，尽管他不知道它们是什么。(伽利略的原图使星环看起来有点像水壶的把手）。在19世纪，来自苏格兰的科学家麦克斯韦得出结论，土星环不可能是固体，而是由许多独立的部分组成的。

今天，科学家们知道，土星拥有七个由无数块冰组成的星环，其中大部分不比地球上的一块巨石大。这些冰块的总重量约为土星的卫星米玛斯的一半，并从该行星的表面延伸了近17.5万英里。

Kempf补充说，在20世纪的大部分时间里，科学家们认为星环可能与土星同时形成。观测结果表明，这些特征是由大约98%的纯水冰组成的，只有极少量的岩石物质，然而图形附近几乎不可能出现如此干净的东西。

卡西尼号提供了一个为土星环确定年龄的机会。该航天器于2004年首次抵达土星，并收集数据，直到它在2017年有目的地撞入该行星的大气层。宇宙尘埃分析仪的形状有点像一个水桶，在小颗粒呼啸而过时将它们舀起。

LASP的工程师和科学家为美国宇航局即将到来的欧罗巴Clipper任务设计和建造了一个更复杂的尘埃分析仪，该任务计划于2024年发射。

该小组估计，这种行星间的污垢每年对土星环的每平方英尺贡献的灰尘将远远少于一克--一种轻微的洒落，但随着时间的推移，足以增加。以前的研究也表明，土星环可能是年轻的，但没有包括对灰尘积累的明确测量。

这些星环可能已经在消失了。在以前的研究中，美国宇航局的科学家们报告说，冰正在慢慢地降到这个星球上，并可能在另外1亿年内完全消失。

这些短暂的特征在伽利略和卡西尼号航天器能够观察到它们的时候就已经存在了，这就要求我们解释这些星环最初是如何出现的。例如，一些科学家认为，土星环可能是在该行星的引力将其一颗卫星撕碎时形成的。

如果星环是短暂的、动态的，为什么我们现在才看到它们？这真是太幸运了。