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行星科學

土星深藏的秘密

2013/08/07
土星內部的振盪擾動了土星環,讓我們有機會了解其內部結構。

土星環是一種奇觀,你可以通過倍數適中的望遠鏡來看見它們。土星環主要是由水冰構成,也包含了大大小小、不計其數的物體(塵埃與土星的衛星),在這薄薄的平面中。

數十年來,科學家了解了土星衛星的重力牽引刻畫出土星環上的圖樣(縫隙)。1980年,航海家一號太空船飛過土星時,它發現土星環的縫隙與黑膠唱片上的紋路相似。如今,他們發現有一位新的土星環雕塑家:土星本身的振盪,進而有機會了解太陽系第二大行星的內部構造。從土星環最外層到最內層,三個主要的環分別命名為A、B和C。土星衛星的重力拉扯產生了波動,波動主要是發生在A環,因為它最靠近這些衛星。

1991年,研究人員經由航海家一號的數據,發現最靠近土星的C環也有波動產生;雖然衛星說明了這些波動的一部份,但沒有人知道波動的起因為何。2004年,卡西尼號太空船開始在土星航行,美國康乃爾大學的赫德曼(Matthew Hedman)和尼克森(Philip Nichoson)利用它,透過C環觀察背景恆星。赫德曼說:「 我們發現土星可能影響這些環,就像衛星一樣。」這些波動導致土星的內部來回搖晃並改變其重力場。

這一項發現鼓動了其他的行星科學家。美國加州大學聖克魯斯分校的福特尼(Jonathan Fortney)說:「這開啟了利用地震資料來了解一個巨行星結構的可能性,在太陽和地球也都得到同樣成功的例子。」美國航太總署艾密斯研究中心的馬利(Mark Marley)表示:「這些環就是一種地震儀。」馬利在1990年以預測土星的振盪會影響它的C環,而取得博士學位。然而,在發現神祕的波動之後,他和美國亞利桑那大學的波哥(Carolyn Porco)提出行星的振盪會產生這些波動,其特徵與卡西尼號觀測到的波動性質相符。

這些波動的性質說明了目前土星的內部模型大致上是正確的,但這些波動也揭露了一個難題。馬利和波哥的計算指出,這些環內的每個波紋是由土星內部不同類型的振盪所引起的,但赫德曼與尼克森發現複合的波動卻產生相同類型的振盪。赫德曼說:「這意味著這個模型中仍缺少了某些事物。」土星的模型也適用於太陽系之外。赫德曼說:「許多我們所見的系外行星都是氣體巨行星,所以如果我們能夠澈底了解這些巨行星的內部結構,我們應該也能了解其他巨行星。」

沒有人知道是否其他巨行星也有美麗的行星環。天文學家尚未能辨別圍繞系外行星的行星環,和太陽系的其他巨行星的行星環──木星、天王星和海王星都擁有微弱的環。這個觀察提出了有趣的可能性,壯觀的土星環可能是銀行系中相當罕見的,使我們的太陽系擁有這樣一個令人驚嘆的景色。(洪志良 編譯)

本文摘錄自Scientific American News:
http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=saturn-is-shaking-its-rings


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