太空探索自發震盪 找到土星B環的擾動來源

科學家們相信他們終於解開最易變動的部分土星環區域，為何如此不規則而容易改變形狀，因為這些環的行為類似我們銀河系的縮影！



土星環是由無數的小環組合而成，其中最大、最稠密的區域就是B環。天文學家在B環外側邊緣發現至少2處擾動區，還有一條長達2萬公里左右的窄光弧（arc），這些擾動區和光弧最高處比光環盤面還高出3.5公里左右，在太陽照射之下，讓它們的影子投影在光環盤面上。

這些區域可能充斥著許多直徑僅約數百公尺到數公里的小衛星，它們可能是從他處穿越B環外緣，之後受到質量較大的土衛一（Mimas）重力影響而陷在此處。天文學家相信類似的過程也造就了今日的太陽系，甚至適用於銀河系般龐大的尺度。

美國航太總署（NASA）的2艘航海家號太空船分別在1980年和1981年飛掠土星，科學家們當時就已經知道B環外緣形狀受到土衛一重力擾動而呈現像是因旋轉而顯得扁平的橄欖球狀，而且除了土衛一外，一定還有其他更複雜、但尚未釐清的機制牽涉其中。

現在分析了數千幅卡西尼號觀測了4年的B環影像之後，發現這個複雜性的起源，至少3處額外且各自獨立的轉動波動模式，或所謂的震盪模式（oscillation）使B環邊緣扭曲。這些震盪模式有1、2或3瓣的模式，但都不是任何衛星產生的，而是因為B環物質稠密且邊緣分界夠鮮明，自然而然就會產生這樣的波動，而且在B環邊緣最為明顯。就像是吉他的弦被撩撥或有其他擾動時有其自然震盪模式而發出不同的音調一樣，B環也有它自己的自然震盪頻率，而這正是目前觀測到的結果。

天文學家相信這種自發的震盪普遍存在於各種盤面系統，例如螺旋星系的盤面或鄰近恆星周圍的原行星盤盤面等，但目前尚無法直接證實是否真為如此。這個土星環的新研究結果，是頭一次證實盤面上的確有大尺度震盪存在。

卡西尼號之前曾在少數幾個稠密的土星環觀測到尺度在100公尺以下的自發震盪波動，是由所謂的「黏滯超穩定性（viscous overstability）」所引起的，也就是環中粒子微小而隨意的運動會使得波動獲得能量而成長。這次的新研究成果也確認航海家號太空船時期的預測：相同過程可以解釋所有最稠密的土星環中所發現的、尺度從數十公尺到數百公里寬的混沌波動型態。(文／引用自臺北天文館之網路天文館網站)

文章來源: NOWnews