土星为什么像陀螺一样摇晃？科学家观察13年后，终于解开大谜团

土星最大的卫星——土卫六，是太阳系中的一个奇特现象。现在，研究人员揭示了这颗神秘卫星的关键谜团，包括它是如何诞生的。这个答案也可能为土星美丽环的起源提供了启示。

新研究结合了以往关于土卫六形成的理论、卡西尼号的数据和计算机模拟，提出了土星最大卫星的全新起源故事。该研究本月发表在开放获取仓库ArXiv上，并被《行星科学杂志》接受发表。

这次碰撞也可能产生了海伯利昂，这是土星非球形卫星中最大的一个，其直径约为土卫六的5%，远小于土卫六。根据该理论，海伯利昂可能是土卫六与失落卫星碰撞产生的碎片，或者可能是后来由土卫六轨道周围积累的碎片形成。

丘克说，土卫六与失落卫星的合并也可能导致土星环的形成。“从这次事件中，土卫六可能扰动了一些内侧卫星，导致更多碰撞，进而在大约1亿年前形成了环。”

研究人员在土星倾斜中发现了古代碰撞的明显迹象，这一点通过土星的环可见一斑;这颗气态巨行星相对于它绕太阳公转的平面，旋转角度为26.7度。

“海王星的轨道在太空中有些晃动，”丘克说，“行星的轨道巨大且能量巨大。但行星的自转要小得多，所以如果你把这两种运动——海王星的轨道和土星的自转——联系起来——土星的自转才会改变。”

丘克和他的同事们对这一理念进行了完善。他们推测，这不仅仅是卫星擦过土星然后解体，而是土卫六和海伯利昂前身之间的碰撞。“我称它为原型海伯利昂，但它大了一千倍——就像泰坦的缩小版，”丘克说。

这颗失落的卫星与土卫六相撞，导致其质量大幅下降，这一事件解释了土卫六漂移轨道和土星自转的原因。“现在，土星摇摆得有点太快了，”丘克说，“但如果你回溯几亿年前我们看到这一切时，震动距离我们与海王星产生共鸣的程度稍差一点。如果你多加一个卫星，就能精确到极限。这就解释了一切。”

换句话说，失落卫星的引力和质量使土星和海王星保持同步，只有它的消失才能解释它们为何现在略微错位。

如果碰撞也产生了海伯利安目前的形态——一块较小、翻滚、畸形的岩石——那就能解释为什么它的轨道与土卫六锁定。但丘克表示，尚不清楚海伯利昂究竟是土卫六前身的碎片，还是与之融合的失落卫星。

根据研究，土星的环可能在事件发生数亿年后形成。土卫六膨胀的轨道与土星的一些内侧卫星发生了相互作用，扰动它们，导致它们相互碰撞。部分残骸作为环形存活。

但验证这一理论的最佳方式是使用NASA的“蜻蜓”——一架核动力、汽车大小的旋翼机，它将在土卫六表面飞行，并在不同地点着陆，利用其机载仪器采集和分析样本。目前计划于2028年发射，预计2034年底抵达土卫六。

NASA喷气推进实验室高级研究与行星科学家琳达·斯皮尔克（Linda Spilker）说，土星系统中卫星的演化以及环的起源是吸引科学家的有趣谜题，她并未参与这项研究。

斯皮尔克在邮件中写道：“这些环可能只有几亿年，也可能与土星同时形成。这项研究提供了有力证据，表明海波利昂和土星的环是在土星形成之后形成的。”

据亚利桑那大学行星科学名誉教授威廉·B·哈伯德（William B. Hubbard）称，土星及其卫星像一个复杂的音乐钟一样旋转和绕行，产生了多种节拍和共振。

哈伯德在一封电子邮件中解释说，土星像陀螺一样摇摆，频率异常接近太阳系的基本频率，但它并不完全调谐，这表明可能发生了某种相对较新的扰动。

“2022年的一项研究提出，有一颗名为蛹的灭绝卫星负责形成环，但这种事件发生的概率令人失望地低。”丘克等人的新研究表明，涉及仍然存在的卫星海伯利昂的变体更有可能发生。

“这有点像《CSI：土星》——我们有明确的证据表明发生了异常事件，”他说，“但在卡西尼之前，我们实际上只能试图推断可能的罪魁祸首。”

默里继续说，卡西尼13年详细测量与历史数据相结合的诸多遗产之一是发现土卫六的轨道膨胀速度远超预期。