土星光環可能比表面看起來古老得多

土星光環的冰層，或許因其對巖石碎片撞擊造成的污染具有抵抗力，實際年齡比外觀顯得古老許多。

曾經，人們認為土星光環歷史悠久，可能與土星本身同時形成，大約在45億年前。隨著時間推移，微流星體的撞擊被認為會弄髒並使構成土星光環的巖石和冰顆粒變暗。然而，2004年美國國家航空暨太空總署（NASA）的卡西尼號太空船抵達土星時，卻觀察到土星光環看起來相對明亮且乾淨。

東京科學研究所的兵頭隆樹博士及其同事表示：「根據非冰質微流星體轟炸會使土星光環隨時間變暗的假說，以及卡西尼號的觀測結果，即環粒看起來相對乾淨，土星光環被估計只有大約1億到4億年的歷史。這些年輕的年齡估計假設土星光環由純水冰顆粒形成，且撞擊的非冰質微流星體物質的吸積效率很高。」

在這項新研究中，研究人員使用電腦模型模擬了微流星體與冰質環粒之間的碰撞。他們發現，高速撞擊會導致微流星體汽化，蒸汽隨後在土星的磁場內膨脹、冷卻並凝結，形成帶電的奈米粒子和離子。研究團隊的模擬顯示，這些帶電粒子要麼與土星碰撞，要麼被拖入土星大氣層，要麼完全逃離土星的引力。

因此，科學家們認為，只有極少量的這種物質會沉積在土星光環上，使其保持相對乾淨的狀態。他們指出，極低的污染程度可能意味著土星光環實際上已有數十億年的歷史，只是維持了更年輕的外觀。

儘管還需要進一步研究，但這個過程也可能在天王星和海王星的光環，以及巨行星周圍的冰質衛星上發生。研究作者稱：「高速撞擊導致帶電奈米粒子和離子的產生，可能發生在天王星和海王星的光環，以及巨行星周圍的冰質衛星等地方。雖然這個機制可能不會改變被撞擊目標的整體組成，但表明表面組成可能會改變。此外，來自撞擊物的新材料可能不會有效地融入光環或衛星表面，而是被運送到其他地方。因此，在巨行星的各種光環系統中觀察到的整體組成差異，可能歸因於它們的形成過程，例如，構建材料來自系統外部，而非形成後的動力學因素。」

這項研究本周發表在《自然地球科學》期刊上。

研究名稱：R. Hyodo等人的《微流星體撞擊期間土星光環粒子的抗污染性》，發表於《自然地球科學》，2024年12月16日線上發佈；doi: 10.1038/s41561-024-01598-9 。