注：不确定土星環中氧（oxygen）的存在形态，文中均為氧（單字）
圖：從紫外線圖像從裡向外看，左邊是淡紅色的“卡西尼環縫”，之後是完整的A環，A環從深紅色内部開始，在遠離行星處擴散為藍色，這些藍色是水冰的标志，A環外圍約3/4的紅色色帶為恩克環縫（圖源：NASA/JPL）
土星環是一個年輕且正在成長的系統的一部分。根據最新觀測表明，這顆巨大行星周圍正在進行着一場“雪球大戰”。
土星環主要由冰組成，可能隻有1000萬到1億年的曆史，與形成于45億年前的太陽系相比，形成曆史十分短暫。
卡西尼太空探測器上的紫外線成像光譜儀（UVIS）的資料顯示了土星周圍的中性氣體數量變化。在一個例子中，最外層E環附近區域氧含量增加了約50%，但科學家無法确定發生了什麼。
“氧含量波動的一個可能解釋是，有一顆看不見的小型冰衛星與土星的E環相撞”，科羅拉多大學博爾德分校的拉裡·艾斯波西托說。
以目前技術，這樣的小衛星無法被觀測到，但天文學家認為卡西尼探測的資料表明可能存在看不見的衛星在影響着光環的形狀。
長期以來，天文學家一直認為土星環由各種尺寸的物體組成——從微小的冰凍顆粒到山脈尺寸的冰塊和岩石。
這種觀點認為，巨型雪球的粉碎會産生小型冰晶顆粒，這導緻了冰的表面積的增加，進而加速了等離子體粒子（本質上是過熱氣體）沿着土星磁場從冰中剝離氧原子的過程。
除了加速了氧的釋放，這些冰冷衛星的破碎也可以解釋，土星光環為何能始終保持年青的外表。
圖：卡西尼号于2006年9月15日拍得的土星環全貌，亮度在圖中被強化（圖源：維基百科）
光環的消逝
當卡西尼号接近土星時，UVIS探測器拍攝了一大團形狀像甜甜圈的中性氧環繞着這顆行星。
雲團的半徑是土星半徑的3-8倍，大約與E環重疊，但縱向上寬得多，大概為光環平面向上兩個土星半徑的距離（土星半徑為36000英裡，58000公裡）
光環中的氧原子吸收太陽輻射，并在光譜的紫外區發光，其發射光的變化波動受氧原子數量變化影響。
氧原子數量的觀測值在2003年2月達到峰值，這意味着等離子體在兩個月的時間内從最外層E環中剝離了約10億磅（5億公斤）的氧。
“據推測，等離子系統正在吞噬光環”，南加州大學唐納德·謝曼斯基說，“這是通過侵蝕冰顆粒中的水分實作的。”
謝曼斯基在接受Space的電話采訪中解釋說，等離子體顆粒在冰層中的穿透距離很小，是以侵蝕速率随表面積的增加而增加。而當物質被分解為更小的碎片時，其表面積增大。
觀測得到的氧含量資料的巨大波動可能是一大塊冰的破裂導緻的——可能是由于與另一個冰衛星碰撞，也可能是由于隕石的撞擊。
謝曼斯基和他的同僚們根據氧的損失率估計，如果沒有物質補充，最外層E環的品質将在1億年後消失。
“再生必然存在”謝曼斯基說道，“否則光環将逐漸走向死亡”
圖：藝術家在2007年描繪的土星環影像，冰冷的微粒聚內建環的固體部分（圖源：維基百科）
光環的涅槃
冰暴露在等離子中的這個過程也可能使光環恢複年青，來自光環中的美麗色帶可以作為證據。
這些顔色被認為是由“污染物”造成的。當流星撞擊土星時，其中的一些物質将在土星環中沉澱下來。環中密度較低的條帶會更快地變髒，而冰塊越髒，其色帶的顔色也越暗。
但是，由于流行帶來的污垢會随着時間的推移而擴散，這一機制無法解釋這些條帶的厚度，除非時不時向這些光環中添加純淨冰。
“證據表明在過去的1000萬至1億年中，新鮮幹淨的材料可能被添加入了土星環系統。”艾斯波西托說，他于12月16日在《科學》雜志線上版發表文章并為第一作者。
小行星内部不會被流星不斷的轟擊所污染。是以，研究人員通過假設一顆半徑約為12英裡（20公裡）的衛星的消亡來解釋A環的亮度。
“土星環中的氧含量變化和光譜變化都符合光環曆史模型，其中小衛星不斷被摧毀而産生新的光環”，艾斯波西托說。
圖：太陽從背後照亮的圖形外環（圖源：維基百科）
身處其中的研究
根據謝曼斯基的說法，衛星粉碎的說法依然是有迹可循的，并且可能還有其他過程牽涉其中，例如土星的較大衛星上的火山會噴出泥漿物質。
他的團隊正在持續監測土星周圍的氧含量，且距離更近——因為卡西尼号正在環繞土星的軌道上運作。
“我們正身處其中”，他說，當然，他指的是氧環。
從這個有利角度，他們希望能繪制出中性氣體的三維結構，他們還想确定氧含量水準發生波動的頻率。
“我們有希望觀測到更多同類事件”，謝曼斯基說，“我們已經有了第一次的經驗”
土星環：土星總共有七層光環。人們根據地面觀測和空間探測，把土星環劃分為7層。距土星最近的是D環，亮度最暗；其次是C環，透明度最高；B環最亮；最後是A環。在A 環和B環之間就是著名的卡西尼環縫，縫寬約5000千米。在A環之外有E、F、G三個環，最外層的是E環，十分稀薄和寬廣。
卡西尼環縫（Cassini division）：土星環B環和A環之間的空隙。1675年被卡西尼發現，故而得名。環縫寬5000km。旅行者2号飛船發現環縫中還有幾條細窄環。
恩克環縫（Encke Gap）：土星環A環中的空隙環縫，寬約320km。
BY: Michael Schirber
FY: Aphelion
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