根據美國國家航空暨太空總署（NASA）的超級電腦模擬，土星環可能是由兩顆冰衛星在數百萬年前碰撞形成的。這項發現讓人們對土星系統有了新的認識，並提出了土星衛星上可能有生命的問題。

超級電腦模擬顯示，土星環可能起源於恐龍時代兩顆冰衛星之間的大規模碰撞。美國國家航空暨太空總署（NASA）的合作研究利用DiRAC 超級計算設施模擬了潛在的衛星碰撞，結果表明，各種情況都可能將適量的冰分散到土星的羅切極限，從而形成獨特的土星環。雖然還有許多問題，包括土星衛星上是否可能存在生命，但這項研究為了解土星系統開闢了新的途徑。資料來源：美國國家航空暨太空總署/達勒姆大學/格拉斯哥大學/雅各凱格瑞絲/路易斯-特奧多羅

在一個晴朗的夜晚，只要有一架像樣的業餘望遠鏡，從地球表面就能看到土星及其一系列引人注目的星環。但是這些星環是怎麼形成的呢？土星及其衛星是美國太空總署希望尋找生命的潛在地點之一，它們又能告訴我們什麼呢？一系列新的超級電腦模擬為星環的起源之謎提供了答案–其中涉及到一次巨大的碰撞，當時恐龍還在地球上游盪。

根據美國國家航空暨太空總署（NASA）及其合作夥伴9月27日發表在《天文物理學雜誌》上的最新研究，土星環可能是由幾億年前兩顆冰衛星碰撞破碎後的碎片演變而來的。最終沒有進入土星環的碎片也可能促成了土星現今一些衛星的形成。

位於加州矽谷的美國太空總署艾姆斯研究中心的科學家雅各布-凱格瑞斯（Jacob Kegerreis）說：「我們對土星系統還有很多不了解的地方，包括它的衛星所處的環境可能適合生命存在。因此，利用這樣的大型模擬來詳細探索它們是如何進化的，是一件令人興奮的事情。”

美國國家航空暨太空總署和達勒姆大學的新模擬提出了土星環和冰衛星的起源理論–它們可能是在圍繞這顆氣體巨行星運行的兩顆衛星發生大規模碰撞後形成的。這項研究中使用的模擬是研究土星環和潛在宜居冰衛星形成的最詳細的模擬。資料來源：NASA/Jacob Kegerreis/Luís Teodoro

高解析度模擬和新見解

美國國家航空暨太空總署（NASA）的卡西尼號任務幫助科學家們了解了土星環（從天文學角度來說）有多年輕，可能還包括土星的一些衛星。這些知識為我們提出了關於它們是如何形成的新問題。

為了了解更多信息，研究小組求助於英國杜倫大學的分散式高級計算研究（DiRAC）超級計算設施。他們模擬了前兆衛星之間不同碰撞可能發生的情況。這些模擬的分辨率比以前的此類研究高出100倍，使用的是開源模擬程式碼SWIFT，讓科學家們對土星系統的歷史有了最深入的了解。

土星環現在離土星很近，處於所謂的羅氏極限（Roche limit）範圍內–在這個最遠的軌道上，行星的引力強大到足以瓦解離土星更近的較大的岩石或冰體。在更遠的軌道上運行的物質可能會聚集在一起形成衛星。

藝術家描繪的美國宇航局卡西尼號在2017年的”壓軸大戲”中，飛船在土星及其光環之間俯衝多次，然後故意撞入土星大氣層。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

冰和碰撞動力學的作用

透過模擬近200 個不同版本的撞擊，研究團隊發現，各種撞擊情況都可能將適量的冰分散到土星的羅氏極限，在那裡沉積成環。

雖然其他的解釋無法說明為什麼土星環中幾乎沒有岩石–它們幾乎完全是由大塊的冰構成的–但這種碰撞可以解釋這一點。

杜倫大學物理系/計算宇宙學研究所副教授文森特-埃克（Vincent Eke）是這篇論文的共同作者之一。他認為，當冰原衛星相互撞擊時，相撞天體核心的岩石分散程度低於上覆的冰。冰和岩石碎片也會撞擊到系統中的其他衛星，可能會造成一連串的碰撞。這種倍增效應可能會破壞環外的任何其他前身衛星，而今天的衛星可能就是從這些衛星中形成的。

電腦模擬土星軌道上兩顆冰衛星撞擊的靜態圖。碰撞噴射的碎片可能演變成土星標誌性的、非常年輕的星環。模擬使用了超過3000 萬個粒子，這些粒子按其冰或岩石材料著色，使用開源的SWIFT 模擬程式碼運行。資料來源：美國國家航空暨太空總署/達勒姆大學/格拉斯哥大學/雅各凱格瑞絲/路易斯-特奧多羅

引力影響與未來調查

是什麼促使這些事件發生的呢？土星的兩顆前衛星可能是被太陽引力通常很小的影響”累加”推向碰撞，從而破壞了它們圍繞土星的軌道的穩定性。在正確的軌道配置中，來自太陽的額外引力會產生滾雪球效應- “共振” – 拉長和傾斜這兩顆衛星通常呈圓形的平坦軌道，直到它們的軌道相交，從而導致高速撞擊。

如今，土衛五的軌道就在衛星會遇到這種共振的地方之外。與地球的月球一樣，土星的衛星也會隨著時間的推移從土星向外遷移。因此，如果瑞亞是一顆古老的衛星，那麼它在不久前就會越過共振點。然而，土衛五的軌道非常圓且扁平。這表明它並沒有經歷共振的不穩定影響，而是最近才形成的。

新的研究與土星環形成於近期的證據相吻合，但仍有很大的疑問。如果土星的冰衛星中至少有些也是年輕的，那麼這對土衛二等世界表面下的海洋中可能存在的生命意味著什麼？我們能否揭開從撞擊前的行星原始系統到現在的完整故事？以這項工作為基礎的未來研究將幫助我們進一步了解這顆迷人的行星和圍繞它的冰雪世界。