作者：文/虞子期
關於太陽系的八大行星，每一顆都有自己獨一無二的標識，比如：土星“戒指”。作為直徑和質量僅次於木星的氣態巨星，土星還有一個特別的名字叫做克洛諾斯（Cronian），這是歐洲古希臘對它的稱呼。關於土星的疑惑有很多，製造廣闊的土星環系統是否輕而易舉，是哪些關鍵指標暗示了土星“戒指”的真實年齡？
延伸近30公里（從環形的尖端到尖端）的土星環含有大小不等的無數冰冷顆粒，這是行星科學中最持久的謎團之一，它並不僅僅是一個“裝飾”。這是否是太陽系的基本特徵？45億年前的理論性碰撞造就了我們現在所見？這些答案不僅是為了理解行星環，對重建太陽系歷史的科學家來説尤為重要。根據卡西尼號對環質量和亮度的測量來看，很多科學家認為這些環的年齡應該非常年輕。
製造如此廣闊的土星環形系統並非易事
關於土星的戒指，有許多能令人信服的論據可以證明土星的戒指並不年輕。事實證明要通過相對更近的時間，製造一個如此廣闊的環形系統並不是一件容易的事，行星可以將掠過的彗星甚至是整個彗星碎片，進行吸引和分散成了環形結構。當然，還有另一種可能，那就是一個闖入土星衞星之一的交織對象，從飛濺的粉碎月亮形成了環。雖然這些推論看似簡單，但每一種定製方案都是有其特殊要求的。
經過科學調查發現，雖然這些都是很不錯的想法，但在太陽系的周圍有多少彗星飛行、而你沒有足夠的條件使這樣的情況發生。至少在過去的幾億年裏，發生這種設定的可能性只有百分之幾。這時，科學家開始假設整個過程並沒有彗星的參與，“戒指”的母體並非外部的土星系統，而是完全來自內部。SETI研究所的Matija?uk和其他研究人員發現，當這顆行星處於和衞星出現交叉軌道之時，發生了意想不到的事：時間大約是1億年前，在這個追溯衞星軌道的計算機模型中，處在其中的所有東西都有些偏離原本的軌跡，衞星被推倒了土星軌道上，雖然這些軌道在今天也沒有觀察到，但是模擬的數據顯示發生過。
建模中發生的一切和我們的觀察有所不同
和我們觀察到有所區別，它們的軌道更多被撞擊到土星的赤道平面。早期的衞星系統，必須重新安排到我們今天看到的系統中，這意味着：現在的衞星必須更加年輕，所以才沒有經歷過建模中所發生的一切。經過後來的工作終於發現可能引起重新排列的主要原因，那就是看似很遙遠的太陽。即使在如此遙遠的距離，太陽的引力想要擾亂這顆行星的運動也是輕而易舉的事，正是太陽的微弱引力導致了其和兄弟姐妹之間的碰撞。然後，形成了一個比現在大十倍的戒指，當中有一些甚至聚集形成了新的衞星。
這一系列的假設和推論似乎都很合理，但卻沒有任何能夠解釋，這些碎片產生的物質到底是如何形成環的。因為，想要做到這一點需要一個必要條件，那就是碰撞的碎片和土星之間的距離要足夠接近，這樣才能使得行星的引力可保持不被分散，自然不能是在衞星形成和生活的距離更遙遠之地。即：如何從這些碰撞中獲得物質，而後回到環狀的低軌，這種材料又通過怎樣的作用成為了冰？
模擬古老的環形碰撞更有説服力
相對而言，在實際中舊戒指更容易製作很多。當行星在數十億年前進入目前位置的時候，處在太陽系中的它們在其中晃動了較小的物體，沒有穩定的目標。此時發生了一些古老的大災變，這些事件的結果裝飾了以前沒有環的世界。當暗塵落到環上的速率會隨着時間的推移而發生變化，關於環變暗的基本假設如果是錯的，那麼，環可能本就是原始的，並且具有超自然的明亮光澤。
雖然結冰環粒子和塵埃之間的撞擊高速，但可能並不會像科學家們以為的那樣足以讓土星環着色，也就是説沉積的陰影會比之前預期的更少。模擬孤島的環形碰撞應該是更具有説服力的可能。當碎片的初始質量就高於電流環中的碎片，那麼它會面臨快速擴散和消散。它們中的一些落入了土星，另一些則落入了環和衞星。
在這樣的情況下，不管你的質量是Mimas的1倍或是10倍，因為時間超過了數十億年，通過基本的軌道動力學都可表明，對於我們今天所看到的確切數量的材料，它幾乎都可以解決。簡而言之，如果這樣的相撞已經傳播了40億年，那麼人們所期望的精確質量就恰好和這些戒指相當。
有哪些關鍵指標可以暗示“戒指”年齡
關於土星環的起源爭議可以追溯到幾十年前，這些數據主要是旅行者1號和2號任務的近距離探測。觀察結果暗示這些戒指的重量足夠輕盈，並不能在太陽系的數十億年曆史長河中保留自身的光芒。並且，卡西尼仔細測量所得的戒指質量和旅行者號的數字也很接近。
確定年齡的另一個關鍵指標是：通過航天器和環的擦肩而過，舀起了灰塵和其他顆粒，幫助估計淹沒了多少暗色碎片，這些數據都進一步暗示了戒指非常年輕，土星的水冰環依然是亮白色，雖然被散落的黑暗碎片不斷拂去（外太陽系中腐爛物體所散落的碎片）。
我們並沒有證據顯示這些環有被污染過，同時，這些環在吸收材料的同時，也在不斷的向大氣層噴出冰冷顆粒。如果用一個時間來具象化預估，那麼這樣的陣雨可能在3億年內就完全消耗掉這些環。想要解釋它們可能存在了45億年，某些想法目前是無法解釋的。
土星環系的演化和重建觀察到的過去及未來
關於土星的長期演化和起源是現代行星科學尚未解決的一個問題，“旅行者時代”表明土星的環不超過100My，它的擴散環系統也被認為是一顆、甚至多顆衞星物質損失所導致的後果。時間來到“卡西尼時代”，其中的某些問題因為光譜分辨率和高空間數據而取得進展，比如發現了A環中的“螺旋槳”，月球的形狀被嵌入環形等。
或許，想要解決土星的謎團，行星動力學領域是可行的解決方案，通過引力相互作用的模擬，我們可以重建今天所觀察到的過去、甚至是未來；或是通過實驗室對黑暗塵埃和冰冷顆粒高速碰撞的檢查，可以最終確定塵埃的顏色和冰冷；又或是土星表面的隕石坑需要進行更詳細的分析，通過這樣的方式更好的確定它們的真實年齡。
經過過去的20年時間的探索，數值模擬也變得更加進步，瞭解了戒指的形成，讓我們對太陽系的理解提供了更加明確的背景。這些因素對於我們而言都有非常重要的意義，強化了土星環動態和快速發展的觀點。科學家們暫時無法就戒指的形成和大小達成一致，雖然存在多種預測和解釋並不一致，但探索之路也因此而變得有趣。