土星环大约有 100 亿年的历史，但目前尚不清楚它们是如何形成的。 这颗带束带的巨人相对于它绕太阳运行的平面旋转了 26.7 度角。
自 土星倾斜 进动，就像一个旋转的陀螺，几乎与海王星的轨道相同，天文学家长期以来一直假设这种倾斜是由于与其邻居的引力相互作用造成的 海王星.
虽然这两颗行星可能曾经同步，但天文学家在 麻省理工学院简介 和其他大学发现 土星 从此避开了海王星的引力。
是什么导致了行星的这种重新排列？
该团队提出了一个新假设。 他们提出土星系统之前包含一个名为 Chrysalis 的额外卫星。 随着 其他卫星，蝶蛹绕土星运行了数十亿年，以一种保持其倾斜度或“倾角”与海王星共振的方式拉扯土星。
然而，蝶蛹被认为在大约 160 亿年前变得不稳定，并且在一次放牧相遇中离它的行星太近了，这将卫星撕裂了。 失去月球足以让土星摆脱海王星的拉扯，并使其成为今天的倾斜。 此外，蛹的一小部分碎片可能一直悬浮在轨道上，最终分裂成小冰块，形成行星的标志性环。
天文学家认为，这颗失踪的卫星可以解释两个长期存在的谜团：土星现在的倾斜度和它的环的年龄，据估计它们大约有 100 亿年的历史——比土星本身年轻得多。
麻省理工学院行星科学教授、这项新研究的主要作者 Jack Wisdom 说， “就像蝴蝶的蛹一样，这颗卫星沉睡已久，突然活跃起来，圆环浮现。”
在 2000 年代初期，科学家们假设土星有一个倾斜的轴，因为它的引力共振或与海王星的联系。 然而，2004 年至 2017 年绕土星运行的美国宇航局宇宙飞船卡西尼号的发现为这个问题提供了一个新的角度。 泰坦土星最大的卫星，被发现以每年大约 11 厘米的速度从土星迁移，这比预期的要快。 这种快速迁移及其引力使科学家们得出结论，月球很可能是造成土星倾斜并使土星与海王星共振的原因。
麻省理工学院行星科学教授、这项新研究的主要作者 Jack Wisdom 说， “为了在这个问题上取得进展，我们必须确定土星的惯性矩。”
在这项新研究中，科学家们希望利用卡西尼号在其“大结局”中最后一次观察到的一些观测结果来确定土星的惯性矩。环绕整个星球。 引力场可用于确定行星上的质量分布。
他们模拟了土星的内部，并确定了与卡西尼号观测到的引力场相匹配的质量分布。 令人惊讶的是，这个新发现的惯性矩使土星接近但刚好在与海王星的共振之外。 行星可能曾经同步，但不再同步。
他们首先进行模拟以发展轨道动力学 土星和它的卫星 时间倒退。 他们想确定现有卫星之间的任何自然不稳定性是否会影响地球的倾斜。 这次搜索是空的。
为了更好地了解行星的自转轴如何随时间推移（称为岁差），科学家们重新检查了描述它的数学方程。 该等式中的一项具有来自所有卫星的贡献。 该团队推断，如果从这个总数中移除一颗卫星，它可能会影响地球的岁差。
通过运行模拟，科学家确定了蛹的特性，包括它的质量和轨道半径，以及将土星从共振中剔除所需的轨道动力学。 他们得出的结论是，土星和海王星之间的共振导致了地球目前的倾斜，而卫星蛹的损失，大约是土星第三大卫星 Iapetus 的大小，使土星避免了共振。
科学家指出， “大约在 200 到 100 亿年前的某个时候，蝶蛹进入了一个混乱的轨道区域，经历了几次与土卫八和土卫六的近距离接触，最终离土星太近了，在一次放牧相遇中将卫星撕成碎片，留下一小部分像一个布满碎片的环一样环绕地球。”
“蛹的消失解释了土星的岁差，以及它今天的倾斜，以及它的环的晚期形成。”
智慧 说过, “这是一个很好的故事，但就像任何其他结果一样，它必须由其他人来检验。 但这颗丢失的卫星似乎只是一个蛹，等待着它的不稳定。”
杂志参考：
- 杰克智慧等人。 一颗卫星的丢失可以解释土星的倾斜和年轻环。 科学。 DOI： 10.1126/science.abn1234
