太阳系土星系统中最引人注目的是土星那巨大无比的壮丽光环。土星本身就有12万公里直径，而土星光环直径可达36万公里以上，是土星的3倍，土星光环的宽度可以让三个地球并排在上面滚圈。一直以来，关于这个巨大光环的质量，是天文学家的一个难题。从早期预估的有月球级质量，到旅行者时代测量的只有月球千分之一质量，都不算精确数字。现在，科学家根据卡西尼号土星探测器长达13年对土星的长期探测海量数据，得出了对土星光环的最新质量测量数据。
这项最新研究工作的基础是美国和欧洲联合执行的“卡西尼-惠更斯”土星探测器的数据。这艘探测器在2004年至2017年间，整整13年时间都在围绕土星运行，是人类发射的第一颗专门土星系探测器
给土星光环“称重”
没错，这是这一方法面对的最大问题。在此之前，正在土星运行的卡西尼飞船已经确认，土星光环物质中，仅有大约1%的成分遭受了“污染”。而现在，由卡西尼飞船项目组成员，意大利罗马大学教授卢西亚诺·艾斯（Luciano Iess）领导的一个研究组巧妙地测算出了土星光环的质量，他们的相关研究已经发表在1月17日出版的美国《科学》杂志上。
艾斯团队工作的基础是美国和欧洲联合执行的“卡西尼-惠更斯”土星探测器的数据。这艘探测器在2004年至2017年间，整整13年时间都在围绕土星运行，是人类发射的第一颗专门土星系探测器。2017年9月份，由于燃料接近耗尽，在地面引导下，卡西尼飞船以“自杀”姿态冲入土星大气层解体焚毁，从而结束这场使命。当时美国宇航局将这一壮举称作“壮丽终章”（the Grand Finale）。
但在结束自己的使命之前，卡西尼探测器还为科学做出了最后，也是无可替代的贡献——它在地面的精心引导下，先后22次冲入土星与其最内侧光环之间的狭小缝隙，以前所未有的近距离对土星高层大气外侧边缘和光环内侧区域环境进行了探测。
但从这个区域穿越还有其他无法忽略的重大意义：简单来说，此前卡西尼飞船运行的轨道是在土星光环之外，此时它感受到的土星引力场其实是土星质量和它的光环共同产生的。但当卡西尼从两者之间穿越而过时，情况发生了变化，土星和其光环的产生的引力场开始相互“拉扯”，通过这种“拉扯”，研究人员可以解算出土星及其光环两者分别的质量大小，当然也就完成了对土星光环的“称重”！
在卡西尼飞船执行的其中6次穿越土星-光环中间区域飞行期间，科学家们对卡西尼飞船与地球之间的无线电通讯联络信号进行了分析，此时飞船距离土星云层顶部大约在2600公里至3900公里之间。由于飞船与地球之间的相对运动关系，无线电信号会表现出多普勒效应。
但这样的效应是很微弱的，你需要极高的测量精度。正如艾斯对媒体所表示的那样：“我自己也很震惊，我们竟然能够做到对一艘远在13亿公里外的飞船的速度做如此精确的测定，误差达到毫米级。”
此前也有探测器做过相似的研究，但精度要低得多。比如上世纪70年代美国宇航局的“旅行者”探测器测定的结果是土星光环质量大约是2.8亿亿吨，而此次根据卡西尼飞船数据得到的最新估算结果则是：大约1.54亿亿吨，相比之下，最大的小行星谷神星（现在已经升级为矮行星）的质量大约是93.9亿亿吨，我们的月球为7300亿亿吨，也就是说，巨大的土星光环质量还不到最大的小行星的60分之一，是月球的4700分之一。
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