土星环什么时候消失？ 韦布告诉你答案！

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作者：Sharmila Kuthunur

翻译：何永强

校译：牧夫天文校对组

编排：简稚珉

后台：李子琦

原文链接：https://www.space.com/saturns-rings-disappearing-james-webb-space-telescope

世界上一些最强大的天文台正准备研究“环雨”现象。

图注：艺术家描绘的土星在未来一亿年内的样子。随着环像雨点一样落在行星上，最内层的环首先消失，外环非常缓慢地跟随着。

图源：NASA/Cassini/James O'Donoghue

土星环正在消失，我们不知道它们还会存在多久。

自20世纪80年代以来，天文学家就已经知道，土星最内层的冰环正在稳步侵蚀其上层大气。倾盆大雨发生的速度如此之快，就像是每天都有一个奥运会游泳池那么多的水像雨一样落在这个气态巨行星身上。然而，这个标志性的光环系统收缩的速度有多快（这决定了它何时会消失）仍然是一个悬而未决的问题。

幸运的是，美国宇航局强大的詹姆斯·韦布太空望远镜（JWST），其强大的仪器到目前为止已经窥视了遥远的早期宇宙的星系，很快就会研究这个更接近地球的有趣现象。

日本宇航局的行星科学家詹姆斯·奥多诺休在4月17日发表的一份声明中说:“我们仍在努力弄清楚它们侵蚀的速度到底有多快。”他将领导这项确定土星环将持续多久的新研究。“目前的研究表明，土星环在未来几亿年内只会是土星的一部分。”

为了更好地估计土星标志性环的寿命，JWST和夏威夷的凯克天文台将成为研究这颗行星的长期观测活动的一部分。这些望远镜将帮助监测“环雨”现象在这颗气态巨行星上一个完整季节的波动情况。由于其远离太阳的轨道，这将持续约7个地球年。

天文学家期待从这次活动中获得有趣的数据，因为之前的研究表明，大量的环物质不断地落在土星上。例如，从美国宇航局的卡西尼号宇宙飞船发回的数据显示，每秒有400公斤到2800公斤的冰雨流到土星上，加热了它的上层大气。卡西尼号宇宙飞船在2017年坠毁土星时，正好穿过土星和土星环之间的缝隙22次。

按照这个速度，土星环可能会在大约3亿年后消失。虽然这似乎是很长一段时间，但在宇宙时间尺度上暴雨正在导致标志性的环系统“相对较快地消失”。但是土星环物质像雨点一样落向土星的速度在很大程度上仍不确定；天文学家说，这些环可能会在1亿年内消失，也可能会在11亿年内消失。

“现在我们只有一个非常宽泛的估计，”奥多诺休在4月26日告诉Space.com。“我们希望进行更多的观察，以得出更精确的期限。”

根据目前的研究，太空岩石和太阳的辐射会轻微扰乱土星环颗粒，并使它们带上电荷，从而融入这颗气态巨行星的磁场线。然后，土星的引力将冰粒子拉进来，这些冰粒子在磁场的引导下落入土星的高层大气，但速度并不总是相同的。

图注：在卡西尼号拍摄的这张壮丽的土星环的全景图中，可以看到土星冰环的细节。从A环到F环的总跨度约为65,700公里，拍摄于2008年11月26日。

图源：NASA/JPL/空间科学研究所

当土星以29.5年的公转轨道围绕太阳公转时，它会朝着太阳或远离太阳移动，它的光环也是如此。天文学家说，这种倾向决定了太阳辐射对土星环系统最内层（引发大部分冰雨的地方）的影响程度，也可能决定了有多少物质落在土星上。

奥多诺休告诉Space.com说:“我们怀疑，当环与太阳侧向时，环雨将会减慢。当它们面向太阳时，环雨的流量就会增加。”

因此，他的团队将使用韦布和夏威夷凯克天文台来测量土星高层大气中特定氢分子的发射。奥多诺休告诉Space.com，当土星冰环上的少量物质翻滚到大气层中时，这种分子的测量会达到峰值，但在大量的环雨期间，它会减少。在一个完整的季节里监测这些氢发射的变化，可以帮助研究小组确定土星上有多少环物质降雨。

“我们以前在凯克上使用的仪器已经升级了，而且我们之前的观测没有使用过韦布，”他说。“因此，我们将能够比以往任何时候都更好地估计土星环的流量。”

虽然这项新研究将有助于预测土星环的命运，但研究土星世界的天文学家们仍在继续几十年来的争论，也就是关于土星环最初是如何诞生以及何时诞生的。各种各样的模型表明，土星环在45亿年前就已经是土星周围的永久结构了——那时太阳系本身正在形成，但卡西尼号宇宙飞船的数据表面土星环年轻得多，它们的年龄只有1000万到1亿岁。

之所以出现这种差异，是因为较老的土星环通常较暗，但卡西尼号捕捉到的土星环是明亮的，意味着它们还很年轻。2019年，天文学家重新审视了这场辩论，他们认为，大量的环雨可能是土星环看起来年轻的原因，这又回到了最初的观点，即土星环毕竟和太阳系一样古老。

“我认为，如果这些环的寿命只剩下1亿年左右，而它们的年龄是数十亿年，那将是非常有趣的，”奥多诺休告诉Space.com。“因为这意味着我们人类出现得很及时，在它们消失之前看到了它们。”

责任编辑：杨欣冉

牧夫新媒体编辑部

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图注：近日由哈勃空间望远镜拍摄的一个透镜星系NGC 5283，它包含着一个活动星系核（AGN）。AGN是星系中心一个极其明亮的区域，那里存在一个超大质量黑洞。当尘埃和气体落入黑洞时，物质变热并发出电磁波谱中的光。

图源：NASA, ESA, A. Barth (University of California - Irvine), and M. Revalski (STScI)

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