土星环是如何形成的？尽管人们从发现它的那一刻开始，就提出了许多猜测，但没有一个令人信服。直到2022年9月15日，麻省理工学院的杰克·韦斯丹姆领导的一项新研究发表在《科学》杂志上。

韦斯丹姆团队认为，在1.5亿年前发生的一次剧烈事件，不仅可以解释土星环的形成，还可以解释只有在土星系统中才可能发现这一奇异的属性。现在，就让我们看看这个疯狂但充满希望的新想法背后的科学原理。

将要消失的土星环

在夜空中可见的所有行星中，无论是用肉眼还是借助强大的望远镜，没有一个比土星更容易辨认或更具有标志性。土星有着巨大的环系统，这个独特的外观，使它有别于所有其他已知的行星。1609年，伽利略首次以“耳朵”的形式观察到土星。之后，更清晰的视角显示，土星的形状并不像两栖动物的眼睛，而是有一个广阔的环。随着时间的推移，人们在土星环的上方、下方、内部、外部发现了缝隙、卫星和大量其他特征。

岩质行星、小行星或柯伊伯带天体都没有环。木星、天王星和海王星拥有这样的环，但它们的都比土星的环稀疏得多，体积更小、质量也更小。此外，土星的环是倾斜的，几乎完全由水冰构成，并且处于蒸发过程中。土星环曾经被认为是太阳系的支柱，现在科学家相信，土星环形成于大约1亿年前宇宙的一瞬间，应该会在不到1亿年内消失。

土星的高反射和容易看到的环，主要由水冰组成，可以说是这颗行星最显著的特征。从地球上的望远镜和卡西尼号任务的现场测量结果来看，土星正在通过两个相关过程的结合快速吞噬自己的光环：电离环雨和多尘/冰的赤道坠落。

造成这一现象的原因有两个。首先，来自太阳的紫外线照射到水冰环上，就像来自流星体的等离子云一样。这些会激发环中的分子和原子产生离子。然后，土星的带电电离层与这些离子相互作用，将它们汇集到南北高纬度地区：形成环雨。

与此同时，当卡西尼号从土星环和行星之间经过时，它发现内环的粒子正在落到行星的赤道区域。结合这两种效应——赤道降水和高纬度环雨——我们可以测量环系统内的质量损失率，并推测土星环的年龄和寿命。

它们并没有在太阳系45亿年的历史中全部存在，相反，它们很可能是在不到1亿年前被创造出来的，并将在接下来的1亿年内几乎完全消失。

土星环成因的线索

那么，土星的光环是从哪里来的呢？它们是如何被创造出来的？尽管我们现在只得到了土星系统的一个快照，但在各种现存的物体中都有一些线索。通过观察它们，我们可以更好地了解土星光环是如何以及何时出现的。

提示一：土卫一

虽然在土星的主环内有许多卫星和小卫星，但土卫一——土星的第七大卫星——是第一颗位于土星环系统之外的卫星。土卫一的平均直径只有约400公里，但它却是球形的，这使它成为太阳系中被拉成球形的最小的卫星。

然而，土卫一也有一个巨大的撞击坑 (名为赫歇尔)，其直径约为整个卫星直径的三分之一。形成这个陨石坑的撞击几乎粉碎了整个世界，因为可以在土卫一和赫歇尔的正对面找到大量的裂缝：在对跖点。尽管据估计赫歇尔大约在41亿年前形成，这表明土卫一可能是土星的一颗原始卫星，但它也提醒我们，世界可以被足够大的撞击完全摧毁。(土星的第五大卫星特提斯也有一个类似的大撞击坑，这表明土卫一并非唯一遭到撞击的卫星。)

线索二：土卫二和土星的e环

土星的下一个主要卫星，从土卫一向外移动，是土卫二。它比土卫一更大、质量更大，但也以一种令人费解的方式活跃得多。尽管土卫二受到的来自土星的潮汐力比土卫二小得多，但它的南极会发生大规模喷发，那里由盐水、沙子、氨和有机分子组成的化学柱通常会在冰冷的星球表面上延伸300多公里。这些物质并没有全部落回到土卫二上，而是伸展开来，形成一个弥散的环，主要由水冰组成，与土卫二的轨道一致，被称为土星的e环。