根据美国国家航空航天局（NASA）的超级计算机模拟，土星环可能是由两颗冰卫星在数百万年前碰撞形成的。这一发现让人们对土星系统有了新的认识，并提出了土星卫星上可能存在生命的问题。

超级计算机模拟显示，土星环可能起源于恐龙时代两颗冰卫星之间的大规模碰撞。美国国家航空航天局（NASA）的合作研究利用 DiRAC 超级计算设施模拟了潜在的卫星碰撞，结果表明，各种情况都可能将适量的冰分散到土星的罗切极限，从而形成独特的土星环。虽然还有许多问题，包括土星卫星上是否可能存在生命，但这项研究为了解土星系统开辟了新的途径。资料来源：美国国家航空航天局/达勒姆大学/格拉斯哥大学/雅各布-凯格瑞丝/路易斯-特奥多罗

在一个晴朗的夜晚，只要有一架像样的业余望远镜，从地球表面就能看到土星及其一系列引人注目的星环。但是这些星环是怎么形成的呢？土星及其卫星是美国宇航局希望寻找生命的潜在地点之一，它们又能告诉我们什么呢？一系列新的超级计算机模拟为星环的起源之谜提供了答案--其中涉及到一次巨大的碰撞，当时恐龙还在地球上游荡。

根据美国国家航空航天局（NASA）及其合作伙伴9月27日发表在《天体物理学杂志》上的最新研究，土星环可能是由几亿年前两颗冰卫星碰撞破碎后的碎片演变而来的。最终没有进入土星环的碎片也可能促成了土星现今一些卫星的形成。

位于加利福尼亚硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心的科学家雅各布-凯格瑞斯（Jacob Kegerreis）说："我们对土星系统还有很多不了解的地方，包括它的卫星所处的环境可能适合生命存在。因此，利用这样的大型模拟来详细探索它们是如何进化的，是一件令人兴奋的事情。"

美国国家航空航天局和达勒姆大学的新模拟提出了土星环和冰卫星的起源理论--它们可能是在围绕这颗气体巨行星运行的两颗卫星发生大规模碰撞后形成的。这项研究中使用的模拟是研究土星环和潜在宜居冰卫星形成的最详细的模拟。资料来源：NASA/Jacob Kegerreis/Luís Teodoro

高分辨率模拟和新见解

美国国家航空航天局（NASA）的卡西尼号任务帮助科学家们了解了土星环（从天文学角度来说）有多年轻，可能还包括土星的一些卫星。这些知识为我们提出了关于它们是如何形成的新问题。

为了了解更多信息，研究小组求助于英国杜伦大学的分布式高级计算研究（DiRAC）超级计算设施。他们模拟了前兆卫星之间不同碰撞可能发生的情况。这些模拟的分辨率比以前的此类研究高出100多倍，使用的是开源模拟代码SWIFT，让科学家们对土星系统的历史有了最深入的了解。

土星环现在离土星很近，处于所谓的罗氏极限（Roche limit）范围内--在这个最远的轨道上，行星的引力强大到足以瓦解离土星更近的较大的岩石或冰体。在更远的轨道上运行的物质可能会聚集在一起形成卫星。

艺术家描绘的美国宇航局卡西尼号在2017年的"压轴大戏"中，飞船在土星及其光环之间俯冲多次，然后故意撞入土星大气层。图片来源：NASA/JPL-Caltech

冰和碰撞动力学的作用

通过模拟近 200 个不同版本的撞击，研究小组发现，各种撞击情况都可能将适量的冰分散到土星的罗氏极限，在那里沉积成环。

虽然其他的解释无法说明为什么土星环中几乎没有岩石--它们几乎完全是由大块的冰构成的--但这种碰撞可以解释这一点。

杜伦大学物理系/计算宇宙学研究所副教授文森特-埃克（Vincent Eke）是这篇论文的共同作者之一。他认为，当冰原卫星相互撞击时，相撞天体核心中的岩石分散程度低于上覆的冰。冰和岩石碎片也会撞击到系统中的其他卫星，可能会造成一连串的碰撞。这种倍增效应可能会破坏环外的任何其他前身卫星，而今天的卫星可能就是从这些卫星中形成的。

电脑模拟土星轨道上两颗冰卫星撞击的静态图片。碰撞喷射出的碎片可能演变成土星标志性的、非常年轻的星环。模拟使用了 3000 多万个粒子，这些粒子按其冰或岩石材料着色，使用开源的 SWIFT 模拟代码运行。资料来源：美国国家航空航天局/达勒姆大学/格拉斯哥大学/雅各布-凯格瑞丝/路易斯-特奥多罗

引力影响和未来调查

是什么促使这些事件发生的呢？土星的两颗前卫星可能是被太阳引力通常很小的影响"累加"推向碰撞，从而破坏了它们围绕土星的轨道的稳定性。在正确的轨道配置中，来自太阳的额外引力会产生滚雪球效应 - "共振" - 拉长和倾斜这两颗卫星通常呈圆形的平坦轨道，直到它们的轨道相交，从而导致高速撞击。

如今，土卫五的轨道就在卫星会遇到这种共振的地方之外。与地球的月球一样，土星的卫星也会随着时间的推移从土星向外迁移。因此，如果瑞亚是一颗古老的卫星，那么它在不久前就会越过共振点。然而，土卫五的轨道非常圆且扁平。这表明它并没有经历共振的不稳定影响，而是最近才形成的。

新的研究与土星环形成于近期的证据相吻合，但仍有很大的疑问。如果土星的冰卫星中至少有一些也是年轻的，那么这对土卫二等世界表面下的海洋中可能存在的生命意味着什么？我们能否揭开从撞击前的行星原始系统到现在的全部故事？以这项工作为基础的未来研究将帮助我们进一步了解这颗迷人的行星和围绕它运行的冰雪世界。