美國國家航空航天局的最新研究證實(shí)：土星正在以旅行者1號和2號幾十年前觀測到的最大速度失去它標(biāo)志性光環(huán)。在土星磁場的作用下，土星環(huán)被引力拉進(jìn)土星，形成了由冰粒子組成的塵土雨。位于馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心詹姆斯·多諾霍說：我們估計，這些‘環(huán)形雨’在半小時內(nèi)就會從土星環(huán)排出大量的水，這些水可以填滿一個奧林匹克大小的游泳池。僅從這一點(diǎn)來看，整個土星環(huán)系統(tǒng)將在3億年之后消失，除此之外，卡西尼探測器測量到的土星環(huán)物質(zhì)被探測到落入土星赤道，而土星環(huán)的壽命還不到1億年。這是相對較短的，相比之下，土星的年齡超過40億年。

科學(xué)家們長期以來一直想知道土星是否與光環(huán)一起形成，或者這顆行星是否在生命后期獲得了光環(huán)。新的研究傾向于后一種情況，表明它們的年齡不太可能超過1億年，因?yàn)榧僭O(shè)c環(huán)的密度曾經(jīng)和b環(huán)一樣大，那么c環(huán)要變成今天的樣子需要那么長的時間。我們很幸運(yùn)能夠看到土星環(huán)系統(tǒng)，它似乎正處于生命的中期。然而，如果環(huán)是暫時的，也許我們只是錯過了木星、天王星和海王星的巨大環(huán)系統(tǒng)，它們今天只有薄環(huán)!關(guān)于這枚戒指的起源，人們提出了各種各樣的理論。如果這顆行星在生命后期得到了它們，這些光環(huán)可能是土星軌道上的小冰衛(wèi)星相撞時形成，這或許是因?yàn)樗鼈兊能壍辣宦愤^的小行星或彗星引力牽引而發(fā)生了擾動。

土星在未來一億年內(nèi)樣子的印象圖，最里面的環(huán)消失了，因?yàn)樗鼈兪紫嚷涞叫行巧希浅＞徛兀缓笫峭馊?，圖片：NASA/Cassini/James O'Donoghue

環(huán)雨存在的第一個跡象來自旅行者號對看似無關(guān)現(xiàn)象的觀察：土星帶電上層大氣(電離層)的特殊變化，土星環(huán)的密度變化，以及在中緯度北部環(huán)繞著這顆行星的三個狹窄的暗帶。這些暗帶出現(xiàn)在1981年美國宇航局旅行者2號任務(wù)拍攝的土星朦朧的上層大氣(平流層)圖像中。1986年美國宇航局戈達(dá)德的杰克·康納尼在《地球物理研究快報》上發(fā)表了一篇論文，將這些狹窄的暗帶與土星巨大磁場的形狀聯(lián)系在一起。他提出，土星環(huán)上帶電冰粒子正沿著看不見的磁場線往下流，將水傾瀉到土星的上層大氣中，這些線就是從土星上露出來的。在特定緯度出現(xiàn)的水從環(huán)中流入，沖走了平流層的薄霧，使其在反射光中呈現(xiàn)出黑色，產(chǎn)生旅行者號圖像中捕捉到的狹窄暗帶。

土星環(huán)大部分是大塊的水冰，大小從微小的塵埃顆粒到幾碼(米)寬的巨石不等。土星的引力想把環(huán)粒子拉回行星，而軌道速度想把環(huán)粒子拋向太空。微小的粒子可以通過太陽的紫外線或環(huán)上的微流星體轟擊所產(chǎn)生的等離子體云來帶電。當(dāng)這種情況發(fā)生時，這些粒子可以感覺到土星磁場的拉力，磁場在土星環(huán)處向行星內(nèi)彎曲。在土星環(huán)的某些部分，一旦帶電，這些微小粒子上的力平衡就會發(fā)生巨大變化，而土星的引力會把它們沿著磁場線拉進(jìn)上層大氣。一旦到達(dá)那里，冰環(huán)粒子就會汽化，水就會與土星的電離層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)的一個結(jié)果是被稱為H3+離子的帶電粒子壽命的延長，H3+離子由3個質(zhì)子和2個電子組成。

當(dāng)受到陽光照射時，H3+離子在紅外光中發(fā)光，這是由奧多諾霍團(tuán)隊(duì)使用連接在夏威夷莫納基亞的凱克望遠(yuǎn)鏡上的特殊儀器觀測到。觀測揭示了土星南北半球的發(fā)光帶，在那里與土星環(huán)平面相交的磁場線進(jìn)入了土星。他們分析了這束光，以確定土星環(huán)的降雨量及其對土星電離層影響。他們發(fā)現(xiàn)，降雨量與30多年前康納尼及其同事得出的驚人高值驚人地吻合得非常好，其中南部的一個地區(qū)降雨量最大。研究小組還在南半球高緯度地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一條發(fā)光帶。這是土星磁場與土衛(wèi)二軌道相交的地方，土衛(wèi)二是一顆地質(zhì)活動活躍的衛(wèi)星，它正在向太空發(fā)射間歇泉狀的水冰，這表明其中一些粒子也正雨點(diǎn)般落在土星上。

這并不完全是意外，根據(jù)旅行者號圖像中另一個狹窄的暗帶，確定土衛(wèi)二和e環(huán)也是豐富的水源。卡西尼號于2005年首次觀測到這些間歇泉，據(jù)信來自這顆小衛(wèi)星冰凍表面下的液態(tài)水海洋。土衛(wèi)二的地質(zhì)活動和海洋使其成為最有希望尋找外星生命的地方之一。研究小組想知道土星環(huán)上的雨是如何隨季節(jié)變化，隨著這顆行星在其29.4年的軌道上運(yùn)行，光環(huán)不同程度地暴露在太陽下。由于來自太陽的紫外線給這些冰粒充電，并使它們對土星的磁場做出反應(yīng)，不同程度的陽光照射應(yīng)該會改變環(huán)雨的數(shù)量。