土星光环:少于眼见?

[ 录入者:Melipal | 时间:2016-03-13 17:09:11 | 作者:Melipal译 | 来源:NASA | 浏览:1649次 ]

原文标题:Saturn's Rings: Less than Meets the Eye?

作者:Preston Dyches   原文来自:NASA   Posted: 2016. 2. 3

编译:Melipal   审校:Linq (编译版权所有,未经许可请勿转载。)

直觉看去,不透明的东西含有的物质应该要比透明的更多。举例来说,与更为纯净的水体相比,浑水中所含的悬浮尘埃颗粒更多。类似地,你可能会认为,在土星的光环里,不透明度更高的区域所含的物质应该要比看上去更透明的光环为多。

土星的B环是不透明度最高的主环,在这张卡西尼从光环平面未被照亮的一侧拍摄的图像中,B环几乎呈黑色。大图与说明文字请点击(图片提供:NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

但是一项利用NASA的卡西尼号探测器传回的数据进行的光环新研究表明,这种直觉并非普遍适用。科学家在分析中惊讶地发现,光环看上去的致密程度(用不透明度和反照率来衡量)与其含有的物质数量并不相关。

新的结果是关于土星B环的,这是土星光环中最明亮也是不透明度最高的区域。这些结果与先前的研究相符,后者在土星其他的主环中发现了类似的结论。

科学家发现,虽然在B环的范围内,它的不透明度变化很大,但各处的质量(物质的总量)差异却很小。他们第一次为B环几近不透明的中心区域“称重”——从技术上说,他们通过分析螺旋形的密度波,在若干区域测定了光环的物质密度。密度波是小尺度的光环特征,由土卫以及土星本身的引力拖曳光环中的粒子形成。每道密度波的结构直接与所在处的光环质量相关。

这张图片是从土星主光环系统的全景照片中截取出来的,还标出了主要光环结构的名称。大图与说明文字请点击(图片提供:NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

研究论文的第一作者、来自莫斯科市(Moscow)爱达荷大学的卡西尼号任务科学家马修·海德曼(Matthew Hedman)说:“当前我们很不清楚为何物质数量相同的区域不透明度差异如此之大。也许其成因与单个颗粒的尺度或密度性质有关,或者可能与光环的结构有关。”卡西尼奥的副研究员、来自纽约州伊萨卡市(Ithaca)康奈尔大学的菲尔·尼科尔森(Phil Nicholson)与海德曼合作撰写了这篇论文。

尼科尔森说:“外观可以具有欺骗性。一个很好的类比是,雾天的草地看上去要比游泳池更为不透明,但是游泳池的密度要大得多,其中的水分也更多。”

针对土星光环质量的研究对光环的年龄具有重要意义。质量较小的光环演化的速度要比含有更多物质的光环更快,而且会因来自流星体和其他宇宙起源的尘埃更快地变暗。因此,B环质量越小,它的年龄就会越年轻——也许是数亿年,而非数十亿年。

来自加州帕萨迪那(Pasadena)NASA喷气推进实验室的卡西尼号任务科学家琳达·斯皮尔克(Linda Spilker)说:“这项研究第一次‘称量’了B环的核心区域,从而朝向拼起土星光环的年龄和起源迈出了有意义的一步。这些光环如此宏伟,让人心生敬畏。我们不可能抗拒光环形成之谜。”

土星B环部分区域的不透明度看上去是邻近A环的10倍,但是B环的质量可能只是A环的2到3倍。大图与说明文字请点击(图片提供:NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

虽然我们太阳系中的所有巨行星(木星、土星、天王星和海王星)都拥有自身的光环系统,但土星是一个明显的例外。在解释光环起源和历史的过程中,解释土星光环如此明亮庞大的原因是一个重要的挑战。对于科学家来说,每个光环区域中物质的密度是用物理过程来解释其起源的关键因素。

卡西尼号合成红外光谱仪小组进行的一项早期研究提出了一个可能性,也就是B环含有的物质可能要比研究者先前所认为的更少。新的分析第一次直接测量了光环中的物质密度,并证明这个可能性是正确的。

海德曼与尼科尔森使用了一种新的技术来分析卡西尼号的可见光和红外成像光谱仪采集的一系列观测数据,观测进行时,这台仪器透过光环窥探着一颗亮星。通过结合多次观测,他们得以辨认出了光环中的螺旋密度波,而这些波纹在单次测量中并不明显。

这项分析还发现,B环中的总体质量低得反常。海德曼称,这一点很让人吃惊,原因是B环中的一些区域不透明度最高可以达到邻近A环的10倍。但是B环的质量可能只是A环的2到3倍。

在反射的太阳光下,土星B环是土星光环中最明亮的区域。大图与说明文字请点击(图片提供:NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

虽然海德曼与尼科尔森发现B环的质量很低,但它据信仍旧含有土星光环系统中的大多数物质。虽然这项研究为光环质量带来了一些不确定性,但人们正在更精确地测定土星光环的总质量。先前卡西尼号测量出了土星的引力场,告诉科学家土星及其光环的总质量。2017年,卡西尼号将在任务的最后阶段从光环内部飞过土星,确定出土星本身的质量。两个测量结果之差预期将最终给出光环的真实质量。

这项研究由《伊卡鲁斯》杂志在线发表。

卡西尼-惠更斯号探测器是NASA、ESA与意大利空间局的国际合作项目。隶属于帕萨迪那加州理工学院的JPL为华盛顿的NASA科学任务理事会管理着该计划。

更多关于卡西尼号的信息请访问:http://www.nasa.gov/cassinihttp://www.nasa.gov/cassini

(全文完)

Tags:土星光环 质量

责任编辑:Melipal

本周热点

在新窗口打开 实际大小 关闭 鼠标滚轮缩放图片

loading.