土星倾斜环的起源可能与一颗失落的古老卫星有关

土星中段旋转的彩色光环并不是它在太阳系行星中脱颖而出的唯一特征。这颗被称为“带状巨星”的第二大行星也以一定角度旋转：确切地说，相对于它绕太阳运行的平面，倾斜 26.7 度（而地球的倾斜度为 23.4 度）。

那么，这颗腰带巨星为何会倾斜呢？天文学家推测，土星的倾斜是由于它与行星邻居海王星的引力相互作用造成的。土星的倾斜进动（一种类似于陀螺的圆周运动）的速度几乎与海王星的轨道自转速度相同。

今天发表在《科学》杂志上的一项新研究发现，土星和海王星的引力可能曾经同步，但是土星后来由于缺少一颗卫星而摆脱了海王星的引力。

研究团队首先模拟了土星内部，并发现了与其引力场相匹配的质量分布。这一新发现的惯性矩使土星与海王星接近，但刚好超出共振范围。麻省理工学院行星科学教授、新研究的主要作者杰克·威斯登在一份新闻稿中表示：“然后我们开始寻找让土星脱离海王星共振的方法。”

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该团队进行了模拟，以确定卫星的特性（例如其质量和轨道半径等属性）以及将土星从共振或轨道中剔除需要什么。进入一个神秘的、以前未知的土星卫星。

作者认为，土星（目前拥有 83 颗卫星）轨道上曾经至少还有一颗卫星，他们将其命名为“蛹”，其大小与土星第三大卫星土卫八差不多。研究表明，“蛹”及其卫星（或卫星）兄弟围绕土星运行了数十亿年，对这颗巨大的行星施加着拉扯力，使其倾斜度（也称为倾角）与海王星保持共振。

大约在 2 亿到 1 亿年前，蛹号进入了混乱的轨道区，与土卫八和土卫六发生了多次近距离接触，最终与土星距离太近，发生了“擦肩而过”，这意味着卫星与太空中的另一个物体发生了接触。

这次天体撞击将卫星击碎，其力量足以将土星从海王星的掌控中移开，使其保持如今的倾斜状态。也有可能一小部分“蛹”碎片仍悬浮在轨道上，最终分裂成小块冰块，形成土星标志性的环。此前估计这些环的年龄约为 1 亿年，比土星大约 45 亿年的推测年龄要年轻得多。

“就像蝴蝶的蛹一样，这颗卫星长期处于休眠状态，突然变得活跃起来，并出现了光环，”威斯登说。

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这项新研究利用了卡西尼号在其“盛大结局”期间进行的一些最新观测数据：这是这项历时 20 年的任务的最后阶段，当时航天器以极近的距离接近土星，以精确绘制土星周围的引力场。这些数据帮助团队确定了土星的惯性矩，并确定了引力场和行星的质量。

“这是一个相当不错的故事，但就像任何其他结果一样，它必须接受其他人的检验，”威斯登说。“但看起来这颗失踪的卫星只是一个蛹，等待着它的不稳定。”