卡西尼凝视着土星之外的泰坦。图片来源：NASA/喷气推进实验室/空间科学研究所
最近的研究表明，土星光辉灿烂的环和其最大卫星——泰坦（Titan）很可能都源自其卫星之间的碰撞。虽然加里尼（Cassini）航天器持续了13年的任务极大地扩展了我们对土星的理解，但其年轻环系统以及泰坦轨道快速变化的发现又引发了新的问题。
将泰坦的起源与合并联系起来由SETI研究所（SETI Institute）科学家Matija Ćuk主导的一项研究提出了一个解释，将卫星与环的形成联系起来，核心观点是泰坦可能是一次卫星合并的产物。该研究已获《行星科学期刊》（Planetary Science Journal）接受出版，预印本可在arXiv获取。
与泰坦起源相关的合并假说在任务接近尾声时，加里尼测量了土星内部质量分布——决定行星缓慢自转轴摆动（岁差）的关键因素。数十年来，科学家认为土星的岁差周期与海王星相匹配，进而使两颗行星的引力相互作用逐渐倾斜土星，使我们能够清晰观测到其环。
加里尼的最后轨迹表明，土星的质量比预期更集中于中心，从而改变了其岁差速率，使其不再与海王星匹配。为了解释这一现象，麻省理工学院（MIT）与加州大学伯克利分校（UC Berkeley）的研究人员提出，土星曾经拥有一颗额外的卫星，因与泰坦的近距离相遇被抛射，并在破碎后形成环。
模拟揭示失踪的卫星由SETI研究所主导的研究使用计算机模拟，判断额外卫星是否能靠近土星足以形成环。最有可能的结果是额外卫星与泰坦碰撞。土星的小型、形状不规则、不断翻滚的卫星Hyperion的轨道与泰坦的轨道相锁定。
“在土星主要卫星中，最小的Hyperion为我们提供了关于系统历史最重要的线索，”Ćuk说。“在模拟中，额外卫星变得不稳定时，Hyperion往往会消失，只在极少数情况下幸存。我们意识到泰坦–Hyperion锁定相对年轻，只有几亿年左右。这与额外卫星消失的时期相同。也许Hyperion并未存活这次动荡，而是由此产生。如果额外卫星与泰坦合并，可能会产生靠近泰坦轨道的碎片——正是Hyperion形成的地方。”
泰坦和Hyperion的暴力过去这一新模型认为，泰坦由两颗早期卫星合并而成：一颗“原始泰坦”（proto‑Titan），几乎与泰坦本身大小相当；另一颗较小的“原始Hyperion”（proto‑Hyperion）。合并可解释泰坦的少数撞击坑——在合并过程中这些撞击坑可能被抹平。泰坦的偏心轨道如今正快速趋于圆形，暗示Proto‑Hyperion近期对其轨道产生了冲击。
合并前，Proto‑Titan或许类似木星的卡利斯托（Callisto），有撞击坑且缺少大气。SETI研究所团队还发现，在Proto‑Hyperion消失前，它曾倾斜土星远侧卫星艾阿佩塔斯（Iapetus）的轨道，解开了另一长期未解之谜。
碰撞如何构建土星环若泰坦是通过卫星–卫星合并形成，土星环又来自何方？SETI团队十多年前提出，环是土星内部中等尺寸卫星碰撞的碎屑。这一想法随后得到了爱丁堡大学（University of Edinburgh）与NASA艾姆斯研究中心（Ames Research Center）的模拟支持。结果显示，大部分碎屑会重新聚合成卫星，少部分碎屑被散射向内，形成环。
多年以前，人们认为这种内侧卫星碰撞是由太阳引起，但最新研究发现，它是泰坦合并的进一步结果。泰坦的偏心轨道可以在其周期为泰坦周期的整数倍（轨道共振）时使内侧卫星失稳。虽然这种情况发生的概率不高，但泰坦的轨道扩张有时会产生这些比例。受影响的小卫星轨道会拉长，最终与邻近卫星相撞。
第二次灾变的具体时间尚不清楚，但必须发生在泰坦合并之后，符合环估计年龄约1亿年的时长。
NASA的“龙卷机（Dragonfly）”任务将在2034年抵达泰坦，或可检验这一假设。该核电驱动的八旋翼无人机将分析泰坦表面的地质与化学。Dragonfly或揭示泰坦源自半亿年前的一次巨大卫星碰撞，暗示土星的卫星是由暴力塑造的。
勇编撰自论文"Origin of Hyperion and Saturn's Rings in A Two-Stage Saturnian System Instability".arXiv.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。
