不管土星环是年轻还是年老，它的卫星可能和行星本身一样古老

魏洋1

土星的卫星，从左到右:土卫一、土卫二、土卫三、土卫四、土卫五；背景中的泰坦；伊帕托斯(上)和不规则形状的亥伯龙(下)。也显示了一些小卫星。全部按比例绘制。鸣谢:美国航天局/JPL/空间科学研究所

（）据《今日宇宙》（马特·威廉姆斯）：土星最出名的有两点:它标志性的环状结构和它庞大的自然卫星系统。目前，已经发现有146颗卫星和小卫星围绕着这颗环状巨星运行，其中24颗是常规卫星。这些包括七个最大的卫星，泰坦、土卫五、伊帕托斯、土卫四、特提斯、土卫二和土卫一，它们是被认为有内部海洋的冰体。

此外，关于这些卫星的年龄还有一些悬而未决的问题，有人怀疑它们是最近形成的(就像土星环一样，有几亿年的历史)。

为了解决这些问题，一个国际天文学家小组创建了一系列高分辨率模拟，并改进了对跨海王星物体(TNO)数量的估计。

这使得他们能够构建土星最严重的陨石坑常规卫星——土卫一、土卫二、土卫五、土卫四和土卫五——的撞击年表。这为这五颗卫星确定了41亿和44亿年的年龄界限，最里面的两颗卫星看起来比最外面的三颗更年轻。这些结果对于我们理解外太阳系中卫星的形成和潮汐演化具有重要意义。

这项研究是由东京工业大学地球生命科学研究所(ELSI)的研究人员Emily Wai Wong领导的。和她一起的还有天文和地球科学研究中心(ORI-RCA es)ELSI和起源研究所的副教授Ramon Brasser，奥斯陆大学行星可居住性中心(PHAB)副主任Stephanie C. Werner，以及西南研究所(SwRI)的首席研究科学家Michelle R. Kirchoff。

他们的论文“土星的古代常规卫星”发表在《伊卡洛斯》杂志上。



土星最大的卫星。鸣谢:美国国家航空航天局/JPL加州理工学院/艾米丽·拉克达瓦拉、特德·斯特莱克、戈丹·乌加尔科维奇和杰森·佩里

由于样本返回任务尚未发送到土星系统，获得其卫星的准确年龄是非常困难的。Wong和她的团队转而建立这些卫星的陨石坑年表，而不是放射性年代测定样本。

通过测定表面撞击坑的年代，可以确定这些卫星已经存在了多长时间。这一过程的第一步是模拟外太阳系的撞击率，在外太阳系中，大行星的迁移导致了被移位的tno和其他物体撞击的时期。

在之前的一项研究中，Wong和她的同事们从45亿年前巨型行星迁移开始，对外太阳系进行了时间线模拟。然后，他们使用预测蒙特卡罗模拟来确定预期的陨石坑密度，假设tno遇到巨行星及其卫星的两种不同的大小-频率分布。这些数据结合在一起，得出了木星、土星和天王星上坑坑洼洼最多的卫星的表面年龄，从3.8到4.4不等。十亿年。

不幸的是，这些和其他先前的模拟在过去35亿年里分辨率很低，因为它们模拟的星子数量有限。这使得他们无法获得低陨石坑密度卫星(如土卫二)的准确年龄，而根据两种不同大小的TNOs，得出的年龄显示出明显的差异。正如他们在论文中指出的:



这张合成图像由美国宇航局/欧空局哈勃太空望远镜于2018年6月6日拍摄，显示了环状行星土星及其62颗已知卫星中的6颗。鸣谢:美国航天局/欧空局

“在这项工作中，我们在冰冷的常规卫星上获得了更准确的陨石坑年表，可以应用于整个太阳系的历史。我们根据类似于内太阳系中月球和火星的年龄等时线，计算了不同陨石坑直径的所述卫星的模型表面年龄。我们将这一新的年表应用于土星内部卫星，以计算它们最密集的陨石坑表面的更准确的模型表面年龄。”

由此，他们计算出土星常规卫星的新年龄，这比Wong和他的同事先前估计的年龄大约老了1 . 1亿到3亿年。他们从这项研究中获得的土卫一和土卫二陨石坑平原的年龄估计值分别为4.16 Ga和4.10 Ga，而特提斯、土卫四和土卫五的年龄估计值约为4.4 Ga，不确定性约为3亿年。正如他们所写的，他们也注意到了这些估计的一个有趣的模式:

无论采用何种方法，卫星的表面年龄通常遵循随着轨道距离的增加而增加的模式，除了土卫一和土卫二:这两个内部和较小的卫星是相反的，它们的表面比特提斯、土卫四和土卫五的表面年轻约2亿年

这些结果意味着土星的常规卫星是古老的，这对于它们的形成和潮汐演化具有意义。他们采用的技术也适用于木星，天王星，可能还有海王星的卫星，让天文学家了解了很多关于这些行星的演化，它们的卫星，以及太阳系的历史。