卡西尼土星探测器正在揭示出土星光环的微小细节，它们将为我们打开一扇通往太阳系最早期的大门。

十几年来，卡西尼土星探测器一直徜徉在土星及其壮观的光环中。与之前奔赴太阳系边界仅瞥一眼土星的探测器不同，“卡西尼”年复一年地向地球发回了大量包含有惊人细节的图像。

土星

这些图像揭开了许多有关土星、土星卫星和土星光环的谜题。不仅如此，这些详细的观测还为太阳系的形成提供了重要的线索。

土星的光环系统是目前我们所拥有的最接近45.5亿年前诞生地球和其他行星的尘埃、碎石盘的东西。这个原行星盘成形于一团由超低温气体和尘埃组成的星云在自身引力作用下的坍缩。随着这个转动的星云逐渐收缩，它就形成了一个围绕新生太阳的盘。一旦太阳吹散了这些气体，盘中作轨道运动的碎石就和土星的光环系统极为相似。

从那时起，较大的天体就会开始从碎石中聚集起来。它们会逐渐生长，清空它们周围的物质，它们的引力也会触及到更远的范围。在生长天体间的竞争会导致同类相残。形成一颗行星可能需要100 000年的时间和极为复杂的过程，但我们对此只有极少的观测证据。行星形成理论远没有达到成熟的地步。

土星光环

这正是土星光环有用武之地的地方。我们在光环中所看到的极其复杂的结构和难以置信的变化，告诉了我们许多有关行星形成的信息。其中最引人注目的是类似飞机螺旋桨形状的结构。当看不见的土星卫星穿行于围绕土星转动的冰质碎块时，就会产生这些痕迹。在土星宽14 000千米、厚仅10米的A环中已经发现了几十个“螺旋桨”。

这些卫星本身太小了，直径只有几百米到几千米，因此即便是“卡西尼”也无法直接看到它们。相比之下，它们产生的螺旋桨形痕迹则可以达到数千千米长，其中一些已经被观测到达数年之久。它们的形成是由于卫星的引力拖拽周围的物质所造成的。位于卫星轨道内部的物质，因为更靠近土星，所以运动得较快，于是这一扰动迅速地压制了卫星的影响，在其前方形成了一条长而窄的痕迹。这就是“螺旋桨”中的前导桨叶。与此同时，处于卫星轨道之外的物质运动得较慢，就形成了尾随桨叶。类似螺旋桨的结构是行星形成过程中会率先出现的结构。

土星光环

土星较大的卫星则代表了行星演化的下一个阶段。这些生长中的卫星具有充分的引力来扫除物质，在光环之间开凿出缝隙。生长中的行星也是如此。随着它们在原行星盘中逐渐长大，它们的影响也会增大。今天我们可以确切地看到这一过程的再现。土星的卫星土卫一直径400千米，是一颗大小适中的卫星。它不仅扫除了位于其轨道上的碎块，还清理掉了与之发生“共振”的轨道上的物质。例如，位于与土卫一呈2:1共振处的粒子，在这条轨道上的粒子每绕土星公转一圈的时间正好等于土卫一公转周期的2倍。它们会周期性地受到土卫一的拉扯。

虽然每一次的引力拉扯算不上什么，但经过长时间之后它们就会累积并把这些颗粒拽出它们的轨道留下一条缝隙。土卫一的引力雕琢出了土星光环中最为显著的、宽4 700千米的卡西尼环缝的内边界。

土星

在更远的F环中，“卡西尼”发现，土星的卫星土卫十六正在光环物质中搅起波澜。这是因为它会吸引位于其轨道之内的物质，但当物质到达土卫十六的位置时，它已经疾驰而过了。这会产生深远的影响，原因是波会挤压物质并使得它更像一个固态的物体。天文学家们所看见的是一个掠过的卫星正在触发一个物体的形成，该物体的引力尚不足以使得它自发形成。如果同样的过程发生在原行星盘中，像木星胚胎这样生长中的天体就会触发其他行星的形成，否则它们就不会存在了。