科学探索|研究：土星的星环和倾斜可能是一个古老的、失踪的卫星的产物研究：土星的星环和倾斜可能

一项新研究显示，一次“擦肩而过”可能将土星的卫星打成碎片，进而最终形成了土星环。土星环围绕着该行星的赤道旋转，是该行星倾斜旋转的一个明显指标。这个带状的气体庞然大物以26.7度的角度旋转，相对于它绕太阳运行的平面。

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由于土星的倾斜，就像一个旋转的陀螺，其速度几乎跟它的邻居海王星的轨道相同，天文学家长期以来一直怀疑这种倾斜来自于跟海王星的引力相互作用。
然而麻省理工学院和其他地方的天文学家进行的一项新建模研究发现，虽然这两颗行星可能曾经同步，但土星后来已经摆脱了海王星的牵引。那么是什么造成了这种行星的重新排列？研究小组提出了一个经过缜密测试的假说：一颗失踪的卫星。他们的研究于9月15日发表在《科学》上。
在这项研究中，研究小组提出，今天拥有83颗卫星的土星曾经至少还藏有一颗，这是一颗额外的卫星，他们将其命名为Chrysalis 。天文学家认为，Chrysalis和它的兄弟姐妹们一起围绕土星运行了几十亿年，以一种保持其倾斜度跟海王星共振的方式拉扯着这颗行星。
然而研究小组估计，大约在1.6亿年前，Chrysalis开始变得不稳定，并在一次擦肩而过的遭遇中因离自己的行星太近从而将这颗卫星拉开。卫星的损失足以使土星脱离海王星的控制并使其呈现出今天的倾斜。
此外，天文学家推测，虽然Chrysalis的大部分碎片可能已经撞击了土星，但它的一小部分碎片可能仍悬浮在轨道上，最终破碎成小的冰块并形成了这颗星球标志性的环。
因此，Chrysalis--这颗失踪的卫星可以解释两个长期存在的谜团：土星现在的倾斜度和它的星环的年龄，以前估计它的年龄约为1亿年--比行星本身年轻得多。

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“就像蝴蝶的蛹一样，这颗卫星长期处于休眠状态，后来突然变得活跃起来，星环出现了，”Jack Wisdom说道。他是这项新研究的论文第一作者，也是麻省理工学院的行星科学教授。
该研究的共同作者包括麻省理工学院的Rola Dbouk、加州大学伯克利分校的Burkhard Militzer、亚利桑那大学的William Hubbard、加州大学圣克鲁兹分校的Francis Nimmo和Brynna Downey及韦尔斯利学院的Richard French 。
一个进步的时刻
在21世纪初，科学家们提出了这样一个观点：土星的轴线倾斜是由于该行星陷入了与海王星的共振或引力关联。然而NASA的卡西尼号航天器在2004年至2017年期间围绕土星进行的观测为这个问题带来了新的转机。科学家们发现，土星最大的卫星--土卫六正在以比预期更快的速度远离土星，据悉，它在以每年约11厘米的速度迁徙。土卫六的快速迁移以及它的引力使科学家们得出结论，这颗卫星很可能是负责倾斜并使土星跟海王星保持共振的。

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然而这一解释取决于一个主要的未知因素。土星的惯性矩，也就是质量在行星内部的分布。土星的倾斜可能表现得不同，这取决于物质是更多地集中在其核心还是朝向表面。
“为了在这个问题上取得进展，我们必须确定土星的惯性矩，”Wisdom说道。
失去的元素
在新研究中，Wisdom和他的同事们利用卡西尼号在其Grand Finale中进行的一些最后的观测来确定土星的惯性矩。在这一阶段中，航天器进行了极其紧密的接近，从而精确绘制了整个行星周围的引力场。引力场可用于确定该行星的质量分布。