一项新的研究表明，一次“掠食相遇”可能将卫星粉碎成碎片，形成了土星环。
环绕土星赤道旋转的土星环是土星倾斜旋转的确凿证据。这颗带状的巨行星相对于它绕太阳公转的平面以26.7度的角度旋转。天文学家一直怀疑这种倾斜来自于它与邻居海王星的引力相互作用，因为土星的倾斜进动，就像一个旋转的陀螺，其速度几乎与海王星的轨道相同。
但麻省理工学院和其他地方的天文学家进行的一项新的建模研究发现，虽然这两颗行星可能曾经是同步的，但土星后来逃脱了海王星的引力。什么原因导致了这次行星逃脱呢？该团队有一个经过仔细检验的假设：一个失踪的卫星。
在发表的一项研究中，研究团队提出，目前拥有83颗卫星的土星，曾经至少还拥有一颗卫星，他们将这颗额外的卫星命名为蛹。研究人员认为，蛹和它的“兄弟姐妹”一起，围绕土星运行了几十亿年，以一种与海王星共振的方式不断拉拽土星，使其保持倾斜。
但该团队估计，大约在1.6亿年前，蛹变得不稳定，在一次运行时太靠近它的行星，导致卫星分离。失去这颗卫星足以使土星脱离海王星的控制，使它保持现在的倾斜。
更重要的是，研究人员推测，虽然蛹的大部分碎片可能与土星产生了碰撞，但它的一小部分碎片可能仍然悬浮在轨道上，最终破碎成小冰块，形成土星的标志性光环。
因此，这颗失踪的卫星可以解释两个长期以来的谜团：土星目前的倾斜程度和土星环的年龄，此前估计土星环的年龄约为1亿年，这比土星本身的年龄要小得多。
“就像蝴蝶的蛹一样，这颗卫星休眠了很长时间，突然变得活跃起来，光环出现了，”麻省理工学院行星科学教授、这项新研究的主要作者JackWisdom说。
在21世纪初，科学家们提出了土星倾斜轴线的观点，认为这是土星与海王星发生共振或引力关联的结果。但美国宇航局卡西尼号航天器从年到年绕土星运行的观测结果，给这个问题带来了新的转折。科学家们发现，土星最大的卫星土卫六正以比预期更快的速度远离土星，其速度约为每年11厘米。土卫六的快速迁移和它的引力，让科学家们得出结论，土卫六很可能是导致土星倾斜并保持土星与海王星共振的原因。
但这一解释依赖于一个主要的未知因素：土星的转动惯量，也就是质量如何在行星内部分布。土星的倾斜可能会有不同的表现，这取决于物质是更集中在其核心还是更集中在表面。
“为了在这个问题上取得进展，我们必须确定土星的转动惯量，”Wisdom说。
在他们的新研究中，Wisdom和他的同事们试图利用卡西尼号在“大结局”中最后一次观测到的一些数据来确定土星的转动惯量。“大结局”是任务的一个阶段，在这个阶段，航天器非常接近土星，以精确地绘制整个行星周围的引力场。引力场可以用来确定行星质量的分布。
Wisdom和他的同事们建立了土星内部的模型，并确定了与卡西尼观测到的引力场相匹配的质量分布。令人惊讶的是，他们发现这个新发现的转动惯量使土星接近海王星的共振点，但刚好在它的共振点之外。行星可能曾经同步，但现在已经不同步了。
“然后我们开始寻找使土星脱离海王星共振的方法，”Wisdom说。
该团队首先进行了模拟，以演化土星及其卫星的轨道动力学，以观察现有卫星之间的任何自然不稳定性是否会影响行星的倾斜。这次搜索一无所获。
因此，研究人员重新检查了描述行星旋进的数学方程，即行星的旋转轴是如何随时间变化的。方程中的一项包含所有卫星的贡献。研究小组推断，如果从总数中删除一颗卫星，就会影响行星的进动。
这颗卫星要有多大的质量呢？它要经历怎样的动力才能使土星脱离海王星的共振呢？
Wisdom和他的同事们进行了模拟，以确定卫星的属性，如其质量和轨道半径，以及使土星脱离共振所需的轨道动力学。
他们得出的结论是，土星目前的倾斜是与海王星共振的结果，而“蛹”卫星的损失，大约是土卫八的大小，使它躲过了共振。
大约在2亿到1亿年前的某个时候，蛹进入了一个混乱的轨道区，经历了数次与土卫八和土卫六的近距离相遇，最终因太接近土星，在一次掠食遭遇中，它被撕成碎片，留下一小部分环绕着土星，形成碎片遍布的环。
他们发现，蛹的消失解释了土星的旋进和它现在的倾斜，以及土星环的晚期形成。
“这是一个非常好的故事，但就像任何其他结果一样，它还需要其他人的检验。”Wisdom说：“但这颗丢失的卫星似乎只是一只蛹，等待着它的不稳定。”
