事实证明，没有行李。但是一项新的研究出现在科学根据去年美国宇航局卡西尼号航天器最终轨道的数据显示，土星环——宇宙中一些视觉上最惊人的物体——在化学上比以前所理解的要复杂得多。

此外，该论文还显示，这颗气态巨行星最内层的D环在旋转时，正以惊人的速度将包裹在化学混合物中的尘埃颗粒抛向行星的上层大气。研究人员表示，从长期来看，这些流入的物质可能会改变大气中的碳和氧含量。

“这是我们太阳系如何运作的一个新元素，”堪萨斯大学物理学和天文学教授、这篇新论文的合著者托马斯·克雷文斯(Thomas Cravens)说。爱博网站“有两件事让我吃惊。一个是土星环上的化学物质的复杂性——根据我们过去看到的情况，我们认为它几乎完全是水。第二件事是它的绝对数量——比我们最初预期的要多得多。这些环释放到大气中的物质的质量和数量让我感到惊讶。”

克雷文斯是卡西尼号离子和中性质谱仪(INMS)团队的成员。2017年，卡西尼号“大结局”进入土星最内层环和上层大气时，探测器上的质谱仪对土星环和大气之间高度的化学物质进行了采样。

不只是水，INMS发现这些环是由水、甲烷、氨、一氧化碳、分子氮和二氧化碳组成的。

克雷文斯说:“这篇论文描述的是内环和上层大气之间的环境，以及一些意料之中的发现，比如水。”“令人惊讶的是，质谱仪发现了甲烷——没有人预料到这一点。此外，它还看到了一些出乎意料的二氧化碳。这些环被认为完全是水。但事实证明，最内层的环受到了相当大的污染，被冰包裹的有机物质污染了。”

卡西尼号质谱仪的另一项新发现表明，土星D环的大量化学物质被甩进了土星的高层大气，因为土星D环的旋转速度比土星大气层本身快。

这位堪萨斯大学的研究人员说:“尽管我们还没有完全了解它，但我们看到它正在发生。”“我们看到的是这种物质，包括一些汽油，正在改变土星赤道地区的上层大气。谷物和灰尘都被污染了。”

克雷文斯说，这些发现可以为我们太阳系以及其他太阳系和系外行星的机制提供新的线索，也会引发一系列新的科学问题。

“这可以帮助我们理解，一颗行星是如何形成环的?有些人会，有些人不会，”他说。“戒指的寿命有多长?”是什么在补充这些环呢?曾经有一段时间土星没有光环吗?那一开始是怎么形成的呢?它是太阳系形成时遗留下来的吗?它是否可以追溯到太阳之前的原始星云，那个从星际介质中坍缩出来形成太阳和行星的星云?”

根据Cravens的说法，从土星D环喷射到行星上层大气或电离层的物质的比率高于预期，这足以使天文学家现在认为环的寿命可能比之前估计的要短。

克雷文斯说:“由于这些数据，我们现在缩短了内环的寿命，因为被移出的物质数量比我们之前想象的要多得多。”我们知道它撞击环外物质的速度至少比我们想象的快10倍。如果它不被补充，戒指就不会持久——你的桶就破了一个洞。木星可能有一个环演变成现在的纤细环，这可能是出于类似的原因。戒指来了又走。在某种程度上，它们会逐渐流失，除非它们获得了新的材料。”

在堪萨斯大学研究生和本科生的协助下，Cravens的第一阶段工作包括整理和清理卡西尼号INMS仪器的原始数据。

他说:“原始数据从卡西尼号上的仪器传到深空天线，再到美国宇航局喷气推进实验室，然后传到圣安东尼奥西南研究所的计算机上，第一作者亨特·韦特就在那里。”

但克雷文斯的主要贡献在于解释这些数据，重点关注土星环的物质是如何改变土星电离层的。Cravens和他的同事们报告说，从土星环流入的化学物质改变了土星赤道电离层的化学成分，将氢离子和三原子氢离子转化为更重的分子离子，耗尽了土星电离层的密度。

克雷文斯说:“我的兴趣是电离层，带电粒子环境，这就是我关注的。”“这些进来的垃圾吞噬了很多电离层，影响了它的组成，并造成了可观察到的影响——这就是我们现在想要了解的。”数据很清楚，但解释仍在建模中，这需要一段时间。这些物质正以很高的速度进入土星，因为土星环的移动速度比大气层快得多。它不是轻轻落下的。它飞向那里，就像卫星重新进入我们自己的星球一样。这些尘埃颗粒以卫星速度移动，储存能量，可以分解大气。由于环和大气之间的速度差异，每个原子的能量都很大。我们认为它可能会加热上层大气，改变其成分。”