早在1981年8月4日，旅行者2号宇宙飞船就拍摄了这张壮丽的土星、土星环和一些卫星的照片。科学家们认为，大约在1亿年前，土星撕裂了它的一颗卫星，形成了雄伟的土星环。科学家们现在称土星失踪的卫星为蛹。图片来自NASA/ JPL。
从月亮到戒指的转变
太阳系中所有气态巨行星都有环。但是，尽管土星的光环巨大而雄伟，其他的光环系统却非常薄。土星的光环——以及行星旋转轴的陡峭倾斜——让科学家们感到困惑。2022年9月15日，加州大学伯克利分校的科学家表示，他们现在认为土星的光环和倾斜是有联系的。他们认为，大约1.6亿年前，土星的一颗大卫星分裂成土星环。他们称这个消失的月亮为蝶蛹，因为它有能力从月亮变成美丽的圆环，就像昆虫的蛹变成飞蛾或蝴蝶一样。
由麻省理工学院的Jack Wisdom领导的科学家们本周在同行评议的《科学》杂志上发表了他们的研究。
土星环的年龄不超过1亿年
2019年，一组科学家得出结论，土星环与行星本身相比是相对较新的。土星大概是在45亿年前和太阳系的其他部分一起形成的。但是，这些科学家说，他们的研究表明，光环是一个较新的特征，形成于1亿年前或更早。
2022年的研究更进一步。它提出，土星的光环系统来自一颗曾经与土卫八(土卫八是土星的第三大卫星)大小相当的卫星。他们推断这颗卫星离土星太近了。他们说，如果是这样的话，土星将会吞噬这个昔日卫星99%的质量。而其余原先的月球质量变成了土星环。杰克智慧解释道:
2007年4月25日，卡西尼号宇宙飞船拍摄了土星环的近距离照片。图片来自NASA/ jpl -加州理工学院/空间科学研究所。
土星海王星连接
虽然土星和海王星在太空中相距10亿英里，但它们仍然有联系。天文学家的声明解释道:
他们问，结果如何?一组明亮而美丽的光环装点着今天的土星。
土星失踪的卫星蛹蛹
一些太阳系天体，如水星和木星，相对于太阳系平面几乎没有倾斜。相对于它们围绕太阳的轨道，它们的轴几乎是垂直的。其他天体，包括地球和土星，有很大的轴向倾斜。地球从竖直方向倾斜约23.5度。土星的倾斜度是26.7度。土星巨大倾斜的一个原因可能是它与海王星的进动共振。科学家们说，这种共振将使土星的轻微倾斜变成了巨大的倾斜。
对于这项新研究，Wisdom需要知道土星的角动量有多大。MinutePhysics将动量描述为“一个物体在直线运动时所具有的吸引力”，而角动量则是“一种解释物体在绕圈子运动时所具有的吸引力的方法”。更高的角动量会给土星更大的吸引力来抵抗外力。例如，来自太阳或其他行星的影响。于是他向加州大学伯克利分校的伯克哈德·米利泽寻求帮助。米利泽的团队能够利用卡西尼号任务的测量数据，对土星的角动量进行精确测量。研究小组惊讶地发现，土星的角动量对它和海王星来说太小了，以至于今天无法产生共振。
然而，计算表明，如果土星曾经有一个额外的卫星，土星和海王星就会发生共振。
艺术家的概念画，描绘了太阳系行星的倾斜度。图片来自NASA/ JPL-Caltech/ Richard Barkus
分手是很难做到的
那么，假设土星和海王星曾经有过共振，它们是如何断开的呢?计算机模拟显示，最有可能的情况是——在某个时刻——土星的大卫星土卫六与失踪的卫星蛹蛹发生了共振。如果发生这种事，蝶蛹的轨道就会不稳定。
如果蛹蛹的轨道变得不稳定，最终蛹蛹会离土星太近。在那个时候，土星的引力会将卫星撕裂。蛹蛹剩下的东西——没有落入土星的东西——成了土星壮丽的光环系统。这些科学家利用土卫六今天离开土星的速度来估计蝶蛹何时会变得不稳定，并最终毁灭。结果是大约1亿到2亿年前。
如果你还记得上面的内容，这个数字与目前对土星光环年龄的估计相符。
这些科学家说——正如科学家们经常说的那样——未来更精确的测量将帮助他们证实他们的理论。智慧说:
这张土星的照片来自卡西尼号宇宙飞船。图中显示了土星(黄色背景)、土星环(条纹)、土卫六(带有大气层的金色绒毛球)和较小的卫星土卫一。一项新的研究表明，土星环曾经是一颗卫星。图片来自NASA/ jpl -加州理工学院/空间科学研究所。
