新華社北京9月21日電（記者張瑩）土星是太陽系第二大行星，它以相對于軌道平面成26.7度的傾斜角度自轉(zhuǎn)，主要由水冰小顆粒組成的土星環(huán)是它的標(biāo)志性特征之一。長久以來，科學(xué)界對土星自轉(zhuǎn)軸傾角和土星環(huán)的成因未有定論。美國《科學(xué)》雜志近日發(fā)表的一項(xiàng)建模研究認(rèn)為，土星自轉(zhuǎn)軸傾角和土星環(huán)的形成可能與一顆1億多年前被摧毀的衛(wèi)星有關(guān)。

(資料圖)

“卡西尼”探測數(shù)據(jù)帶來新進(jìn)展

如同旋轉(zhuǎn)中的陀螺一樣，土星的自轉(zhuǎn)軸會隨時間推移發(fā)生周期性運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為旋進(jìn)。由于土星旋進(jìn)速率與海王星幾乎相同，天文學(xué)家此前認(rèn)為，土星自轉(zhuǎn)軸傾角是它與海王星發(fā)生引力關(guān)聯(lián)的結(jié)果，又稱軌道共振。

美國航天局“卡西尼”探測器環(huán)繞土星運(yùn)轉(zhuǎn)10多年間的觀測數(shù)據(jù)，使科學(xué)界的看法發(fā)生轉(zhuǎn)變。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，土星最大的衛(wèi)星土衛(wèi)六正以比此前預(yù)計(jì)更快的速度遠(yuǎn)離土星?？茖W(xué)家根據(jù)土衛(wèi)六向外遷移的速度及其引力推測，土衛(wèi)六可能是導(dǎo)致土星自轉(zhuǎn)軸傾斜并保持與海王星共振的原因。

這個解釋能否成立，一個關(guān)鍵因素是土星的轉(zhuǎn)動慣量，而計(jì)算轉(zhuǎn)動慣量需要知道土星內(nèi)部的質(zhì)量分布。

在最新研究中，美國麻省理工學(xué)院等機(jī)構(gòu)參與團(tuán)隊(duì)利用“卡西尼”探測器對土星周圍引力場的精確觀測數(shù)據(jù)，模擬了土星內(nèi)部的質(zhì)量分布。結(jié)果令研究人員驚訝，土星的轉(zhuǎn)動慣量表明它接近與海王星共振的狀態(tài)，但恰好稍差了一點(diǎn)。這意味著兩顆行星可能一度處于軌道共振狀態(tài)，但目前土星已擺脫與海王星的共振。

尋找使土星擺脫共振的原因

研究團(tuán)隊(duì)檢驗(yàn)描述土星旋進(jìn)規(guī)律的方程后發(fā)現(xiàn)，如果從土星曾擁有的全部衛(wèi)星中去掉一顆，便可解釋土星目前的狀態(tài)。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，如今擁有83顆衛(wèi)星的土星曾至少擁有一顆多出的衛(wèi)星，他們將這顆衛(wèi)星命名為“蝶蛹”。

研究團(tuán)隊(duì)通過模擬得出“蝶蛹”的一些基本屬性。它與土星第三大衛(wèi)星土衛(wèi)八大小相當(dāng)，曾與“兄弟姐妹”一起環(huán)繞土星運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)十億年。它對土星的引力使土星保持一定自轉(zhuǎn)軸傾角，并與海王星形成軌道共振。

研究人員推測，距今2億年到1億年間的某個階段，“蝶蛹”進(jìn)入一個混亂的軌道區(qū)。經(jīng)歷數(shù)次與土衛(wèi)八和土衛(wèi)六的近距離相遇后，它在與土星“擦身而過”時被巨大的引力撕成碎片。失去這顆衛(wèi)星使土星脫離與海王星的共振，并形成目前的自轉(zhuǎn)軸傾角。“蝶蛹”的大部分殘片可能已撞向土星，少部分碎片可能仍懸浮在軌道上，最終分解成小冰塊，形成了標(biāo)志性的土星環(huán)。

研究人員表示，“失去的衛(wèi)星”理論不僅可以解釋土星自轉(zhuǎn)軸傾角的形成，還與對土星環(huán)年齡的研究結(jié)論相吻合。此前有研究顯示，與形成于45億年前的土星相比，土星環(huán)的歷史相對短暫，它形成于約1000萬年至1億年前。

就像“破繭成蝶”一樣，“這顆衛(wèi)星休眠了很長時間，突然變得活躍起來，然后（土星的）環(huán)出現(xiàn)了?！甭槭±砉W(xué)院行星科學(xué)教授、研究論文主要作者杰克·威斯德姆說。威斯德姆強(qiáng)調(diào)，就像任何其他理論假說一樣，“失去的衛(wèi)星”理論還須由其他研究人員進(jìn)行檢驗(yàn)。