太阳系中的“土木工程”

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今天，人类可能正在见证太阳系最壮观的变化。

自哥白尼“地心说”以来，研究人员就认为，我们所处的时间和空间在宇宙中并不“特别”。天文观测者现在看到的时空，从几十亿年前就是这样，而且还将持续几十亿年。

然而，过去几年，对太阳系中较远地方的观测，正在挑战这种观念。木星的卫星木卫一（Io）、土星的卫星土卫六（Titan）和土卫二（Enceladus）正在发生变化；另外，土星的明亮光环可能是最近才形成的，随着时间的推移可能会变暗。这种变化使得研究行星的学者难以接受，因为从统计上来说，人类几乎不可能见证到这种不寻常的变化。

这种变化也违背地质学的一个基本原理―均变论。均变论认为，行星的改变是一种持续的、逐渐的变化。美国航空航天局艾姆斯研究中心的行星科学家杰夫・摩尔（Jeff Moore）说：“地质学家喜欢认为事物还是以前的事物。”他还说：“对于人类来说，不变的世界可以让人不用认为自己生活在特殊的时代。”

但证据让科学家难以接受。因为，宇宙可能正在上演壮丽的奇观。 研究人员推测，土星的明亮光环可能还很年轻。 土星环的身世之谜

长期以来，科学家一直认为，土星环形成于40亿年前，即土星形成后不久。土星环可能是被撕裂的卫星的明亮遗迹，也可能是一个彗星被巨行星的引力撕裂后的遗迹。

但是，一些行星科学家认为，土星环的明亮不可能持续几十亿年的时间。这是因为，土星环90%的成分是冰，彗星和小行星抛出的碳质尘埃会污染土星环。因此，随着时间的流逝，土星环将会变暗。美国航空航天局艾姆斯研究中心的行星科学家杰夫・库兹（Jeff Cuzzi）说：“如果观测木星、天王星还有海王星的环，你会发现，它们都比较暗。这是可以预见到的，因为这些环正在遭受‘污染’。”

在库兹看来，土星环非常明亮的事实说明，这个环是在仅仅几亿年前，因为某种天体在土星周围被撕裂而形成的―这个天体可能是远道而来的冰体，也可能是土星自身的一颗巨大卫星。“接下来，土星环会慢慢变暗。”库兹说。

但这种说法也存在问题。那些可以形成行星环、到处横冲直撞的大型天体，在太阳系形成的最初7亿年间可能比较常见，但在此之后，这样的天体就很少见了。所以，10亿年前，这种大型天体经过土星的几率很小。而且，如果土星的一颗卫星大得可以形成土星环，那就很难解释，在这个时间段里，这颗卫星怎么会如此靠近土星。

还有另外一种可能性。土星环形成于几十亿年前，但因为某种机制，它一直像现在这样明亮。如果土星环的质量比其现在的质量大10倍以上，这种可能性是存在的。因为，相对于土星环来说，碳质尘埃的质量太小了，不足以污染土星环使其变暗。

但是，目前科学家们还没有发现这些质量大得多的物质在哪里。这些物质可能隐藏在最大的环―B环的后面。由于B环透明度极低，因此，科学家目前还不能利用光线的通过情况，来研究B环里面的成分。这个问题的答案，可能很快会由从2004年就开始环绕土星运行的“卡西尼”号探测器揭晓。2017年，“卡西尼”号探测器将在它生命的最后时刻，进入土星最里面的D环。通过比较该探测器在不同轨道上的运行情况，将会以前所未有的精度得知土星环的质量。

但美国西南研究所主管行星科学研究的副主席罗宾・坎努普（Robin Canup）警告说：“如果‘卡西尼’号探测器告诉我们，土星环的质量很小，我们将会面临一个难题。” 木卫一的运转轨道现象

作为太阳系内火山活动最强的天体，木卫一有上百种火山特征。木卫一的火山活动可以向太空喷出长达500千米的带状硫磺和二氧化硫，这个距离比从地球到空间站的距离还要远。木卫一的热量喷出功率为9万亿瓦特，这比木卫一由于受到木星的潮汐力而产生的功率大好几倍。对于这个问题，美国加州理工学院的行星科学家戴维・史蒂文森（David Stevenson）说：“木卫一的火山活动有些时期比较活跃，而其他时期则不太活跃。”

一种可能的解释是，木卫一的轨道在发生周期性变化。受到木卫二（Europa）和木卫三（Ganymede）引力的影响，木卫一围绕木星的轨道有一点偏心率。就像踉踉跄跄的小孩子一样，木卫一环绕木星运行一周的过程中，总会受到其他两颗卫星引力的推动，这使得木卫一的轨道不是正圆轨道。这种偏心轨道会加剧木卫一由于受到潮汐力而发生的变形，每转一周，木卫一的表面将会变形约10米。表面变形时，会产生摩擦。这种由于表面变形摩擦而产生的能量，正是通过火山喷发的形式释放了出来。

在这个过程中，木卫一的轨道运行能量被提取了出来，因此，木卫一不可能跑到离开木星更远的地方去。轨道能量不断变成热能，最终，木卫一的轨道将会变得非常圆。轨道变圆的情况下，木卫一受到的潮汐作用会弱化，它将会冷却下来。然后接下来的几百万年中，木卫二和木卫三的引力作用会将木卫一推入另一个偏心率比现在大几倍的轨道，循环又开始了。

巴黎天文台的行星科学家瓦莱里・莱内（Valery Lainey）同意这种观点―木卫一的轨道在发生周期性变化。对木卫一超过一百年的观测也支持这种观点。观测发现，木卫一的轨道正变得越来越圆。如果这样，木卫一猛烈的火山活动也可能正处于衰退期。 木星和它的卫星木卫一。 【爱因斯坦再次对了】

宇宙是最好的实验室。距离地球约7000光年之遥的PSR J0348+0432是目前所发现的质量最大的中子星，其地表的引力场强度大约是地球表面的3000亿倍。科学家利用这颗行星的极端引力场环境，通过计算它与伴星相互靠拢的特定速率，再次检验了爱因斯坦相对论的正确性。

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这部动画的画面由CO分子排列而成，一共242帧，讲述了一个男孩和原子朋友一起跳舞、玩游戏的故事。研究人员解释说，我们没有在里面讲科学故事，而是用科学语言讲好玩的故事。这种操纵单个原子的能力将对计算和通信技术产生深远影响。

via 环球科学杂志社