一颗失落的卫星 可以解释土星环，土星倾角，土卫六的轨道等一系列谜团

在太阳系大家族里，土星无疑拥有最壮观的环。

与环绕木星、天王星、海王星甚至柯伊伯带矮行星 Haumea 的薄薄的尘埃和岩石圈不同，土星的杂色环系统是一类非常广泛的东西。它的边缘点缀着微小的卫星，是一个复杂的结构，七道环中的每一个都以不同的速度移动。

有趣的是，土星环似乎非常年轻。有证据表明，环系统只有1亿年的历史(进一步的证据表明，它们将在未来1亿年里消失)。

为什么环在天体其他部分形成之后这么久才出现，这很难解释，也导致一些科学家质疑相关证据是否正确。

现在，一支团队给出了一个非常合理的答案。如果土星环是由一个粉碎的卫星组成的，它不仅可以解释环的短暂历史，还可以解释土星另两个奇怪特征：它的轴向倾斜，以及它最大的卫星土卫六的快速扩张的奇异轨道。

太阳系中的每个行星都会轴向倾斜，那是旋转轴和轨道平面之间的角度。每个行星的碰巧也不同。土星为26.7度，与地球、火星和海王星的倾斜度相似。然而，这颗气态巨行星的倾角会变得越来越大，科学家们将其归因于土卫六的向外迁移。

根据之前的研究，从土星到土卫六再到海王星的一系列引力相互作用对环状世界的倾角产生了重大影响。土星在其自转轴上摆动的速率(自转进动)非常接近海王星整个轨道摆动的速率(轨道进动)，所以，它们之间或许存在共振。

与早期的研究结论相反，鉴于土卫六从土星迁出的速度太快，所以共振的联系应是最近才建立起来的。

不过，由麻省理工学院天文学家Jack Wisdom领导的团队发现了一些奇怪的东西。他们使用来自美国宇航局卡西尼号宇宙飞船的引力数据和行星内部结构的模型来观察土星是否与海王星产生共振。

答案？不太是。

这很奇怪，所以他们深入挖掘试图找出原因。如果土卫六的轨道最初如预期那样向外扩张，但随后出乎意料地发生了变化，那可能会拉扯土星，从而导致目前与海王星的不完全共振。

下一步将是弄清楚是什么让土卫六的轨道发生了如此巨大的变化。好吧，我们知道土星有很多答案：卫星。

目前，土星的卫星数量为82颗(包括尚未确认的)，太阳系中已知数量最多的卫星。如果土星有一颗卫星变得不稳定，那可能会改变土星的岁差并帮助它摆脱与海王星的共振。

该团队对土星系统进行了数百次模拟，每次的起始条件略有不同，包括这个假想的卫星，名为蝶蛹。他们发现这个场景巧妙地解释了一切谜题——轴向倾斜、土卫六的轨道，甚至土星环。

具体来说，该情景提出，蛹 的存在可能通过与海王星的共振导致土星倾斜到比我们目前看到的更大的程度，大约 36 度。在此期间，它会与泰坦的引力相互作用。

然后，大约1.6亿年前，蛹的轨道变得不稳定。它太过靠近土星。

根据模拟，估计大约 99% 的蛹物质最终被拉入土星，但仍有足够的物质悬浮在轨道上形成了行星环。

如果蝶蛹像某些卫星一样结冰，那可能就是今天土星环中大量冰的来源。

这一激烈的过程使土星脱离共振，减少其轴向倾斜。然而，在 390 次模拟中，只有 17 次产生了土星环的形成条件。

因此，正如康奈尔大学天文学家 Maryame El Moutamid 的评论，蝶蛹的破灭是可能的并且是合理的，尽管它很可能是罕见的一次性事件。我们不太可能在短期内看到另一起这样的事件。

“这是一个非常好的故事，”Wisdom 说，“但就像其他科学结论一样，必须由其他人来检验。”

该研究已发表在《科学》杂志上。

https://www.sciencealert.com/a-lost-moon-could-finally-solve-the-weird-mystery-of-saturn-and-its-rings