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May. 18 2023

土星環比以前想像要年輕得多

  • 土星環的條紋顏色可能來自於被困在環冰中的少量雜質所造成。(Credit: NASA/JPL/Space Science Institute)

    土星環的條紋顏色可能來自於被困在環冰中的少量雜質所造成。(Credit: NASA/JPL/Space Science Institute)

  • 由LASP設計和建造的木衛二表面塵埃分析儀(SUDA)將收集塵埃顆粒,作為美國NASA木衛二快船任務的一部分。(Credit: Glenn Asakawa/CU Boulder)

    由LASP設計和建造的木衛二表面塵埃分析儀(SUDA)將收集塵埃顆粒,作為美國NASA木衛二快船任務的一部分。(Credit: Glenn Asakawa/CU Boulder)

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美國科羅拉多大學波德分校的物理學家薩沙.肯普夫(Sascha Kempf)領導的一項新研究提供了迄今為止最有力的證據,證明土星環非常年輕,這可能會回答困擾科學家一個多世紀的問題。

土星環的條紋顏色可能來自於被困在環冰中的少量雜質所造成。(Credit: NASA/JPL/Space Science Institute)

土星環的條紋顏色可能來自於被困在環冰中的少量雜質所造成。(Credit: NASA/JPL/Space Science Institute)

這項研究已發表在《科學進展》(Science Advances)期刊上,認為土星環的年齡不超過4億年。這使得土星環比大約有45億年的土星本身要年輕很多。本研究中,肯普夫團隊開始藉由研究土星環塵埃積聚的速度來確定土星環形成的時間,有點像用手指沿著房子的表面滑動來判斷房子的年齡。肯普夫說:「把土星環想像成你家的地毯,如果你已經鋪好乾淨的地毯,只需要等待灰塵落在地毯上,對土星環來說也是如此。」

從2004年到2017年,該團隊使用了美國航太總署(NASA)的卡西尼號探測器上的宇宙塵埃分析儀來分析圍繞土星飛行的塵埃微粒。在這13年裡,研究人員只收集了163顆的微粒,但這已經足夠了。根據他們的計算,土星環可能只聚集了幾億年的塵埃。換句話說,土星環是一種新現象,它的出現(甚至有可能消失)在宇宙中相當於一眨眼的時間,但仍然不知道這些環最初是如何形成的。

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土星主要有七個由無數冰塊組成的環,大多數都不比地球上的巨石大。總的來說,這些冰塊的總重量約為土衛一(Mimas)的一半,並從土星表面延伸了近28萬公里。肯普夫補充說,在20世紀的大部分時間,科學家們都認為土星環可能與土星同時形成。

研究小組估計,行星際塵埃每年對土星環每平方英呎的貢獻遠不到1克,雖然只是一點點,但隨著時間的推移,累積起來已經足夠了。土星環可能已經正在消失,在之前美國航太總署的科學家報告說,冰正在慢慢地降落到土星上,並可能在未來1億年內完全消失。

由LASP設計和建造的木衛二表面塵埃分析儀(SUDA)將收集塵埃顆粒,作為美國NASA木衛二快船任務的一部分。(Credit: Glenn Asakawa/CU Boulder)

由LASP設計和建造的木衛二表面塵埃分析儀(SUDA)將收集塵埃顆粒,作為美國NASA木衛二快船任務的一部分。(Credit: Glenn Asakawa/CU Boulder)

卡西尼號提供了一個確定土星環年齡的機會,它於2004年抵達土星並收集數據,直到2017年故意墜入土星大氣層。宇宙塵埃分析儀的形狀有點像一個水桶,當微粒呼嘯而過時,就會把它們舀起來。科羅拉多大學波德分校的大氣與太空物理實驗室(Laboratory for Atmospheric and Space Physics,LSAP)的研究人員為美國航太總署即將於2024年發射的木衛二快船(Europa Clipper)任務設計並建造了一個更複雜的塵埃分析儀。

 

資料來源:University of Colorado at Boulder

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

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