土星的冰環可能比看起來古老得多，因為它們能夠抵抗岩石碎片撞擊造成的污染。
兵藤等人。顯示土星環的明顯年輕可能是由於耐污染性，而不是顯示土星環的形成年齡年輕。圖片來源：NASA / ESA / Hubble / A. Simon，NASA 戈達德太空飛行中心 / MH Wong，加州大學柏克萊分校 / OPAL 團隊。
土星環曾經被認為是古老的，可能與地球本身同時形成——大約 45 億年前。
隨著時間的推移，微流星體的撞擊被認為會使構成環的岩石和冰顆粒變髒並變暗。
然而，當美國太空總署的卡西尼號太空船在2004年到達土星時，它觀察到土星環看起來相對明亮和乾淨。
「土星環已經估計的根據非冰微流星體轟擊隨著時間的推移使環變暗的假設，卡西尼號的觀測表明環顆粒似乎相對乾淨，」Ryuki Hyodo博士說來自東京科學研究所及其同事。
“這些年輕的年齡估計假設這些環是由純水冰顆粒形成的，具有撞擊非冰微流星體材料的高吸積效率。”
在這項新研究中，研究人員使用電腦模型模擬了微流星體和冰環粒子之間的碰撞。
他們發現高速撞擊會導致微流星體蒸發，然後蒸氣在土星磁場內膨脹、冷卻和凝結，形成帶電奈米粒子和離子。
研究小組的模擬顯示，這些帶電粒子要麼與土星相撞，要麼被拖入土星大氣層，要麼完全逃離土星的引力。
因此，科學家認為，這種材料很少沉積在環上，從而使環保持相對清潔的狀態。
他們認為，非常低的污染水平可能意味著土星環實際上已有數十億年的歷史，並且只是保持著更年輕的外觀。
儘管還需要進一步的研究，但這個過程也可能發生在天王星和海王星的環中，以及巨行星周圍的冰冷衛星上。
作者說：“導致帶電奈米顆粒和離子產生的高速撞擊可能會發生在天王星環和海王星環以及巨行星周圍的冰衛星等地方。”
“雖然這種機制可能不會改變受影響目標的整體成分，但它表明表面成分可能會發生變化。”
“此外，來自撞擊器的新材料可能無法有效地融入衛星的環或表面，而是被運送到其他地方。”
「因此，在巨行星的各種環系統中觀察到的整體成分差異可能歸因於它們的形成過程，例如，當建築材料來自系統外部時，而不是形成後的動力學。”
這學習本週發表在雜誌上自然地球科學。
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R·兵藤等人。土星環粒子在微流星體撞擊過程中的抗污染性。納特。地球科學，2024 年 12 月 16 日線上發布；編號：10.1038/s41561-024-01598-9
