当前位置：首页 > 科技 > 正文

土星的光环，在太阳系行星中为何那么独树一帜？未来会消失吗？

启示号
科技
3年前
387

太阳系八大行星从内到外各具特点，展现出各自迷人且带有神秘的“色彩”。比如近日“四人组”－水星、金星、地球和火星，是典型的岩质行星，再往外则是拥有浓密大气层的木星和土星，接着在更遥远的区域分布着冰巨星－天王星和海王星，它们虽然也是气态行星，但由于表面温度非常低，绝大部分的气体被“冷冻”成固体覆盖着地表。

在八大行星中，体积和质量最大的当属木星这颗气态巨无霸行星，而邻近它的另一颗气态巨行星－土星，则被木星强大的“气场”所震慑，其本身的光芒也一定程度上被木星所遮掩。不过，土星并没有因此而“气馁”，它以另外的一种“罕见”的特征，同样吸引着人们的目光，那就是它广阔而壮观的光环。

土星的光环

土星距离太阳约10个天文单位，即大约15亿公里，其质量约为地球的95倍，在太阳系中处于“老二”的地位，仅次于木星。由于是气态行星，土星的体积比地球大750倍，全球的平均密度仅为0.687克/立方米。如果土星没有什么其它的特点，那么其地位和影响力，我想肯定会永远跟随在木星的脚步之后，幸好，土星有一个独特的魅力之源。

1610年，著名天文学家伽利略利用望远镜，首次发现了土星环的存在。又过了几十年，天文学家惠更斯，用精度更高的望远镜，首次确认了环绕土星的环状结构。1675年，天文学家卡西尼在观测过程中，发现土星环是由很多半径不同、共同围绕着土星质心公转的“多重环”所构成，相邻的环之间存在着一定的间隙，后来科学家们将土星两个环带存在的最大间隙命名为“卡西尼环缝”，间距达到了惊人的4800公里。

从土星环分布的范围来看，从最内部到最外侧，“厚度”达到1600万公里，这么大的范围，可以并排排列上千个地球。从上世纪70年代开始，共有3个探测器对土星、土星环以及土星的卫星开展了近距离的探测，它们分别是先驱者11号、旅行者1号和2号探测器，进一步印证了土星环的分层结构。

为了区分这些土星环，科学家们根据土星环的明亮程度以及宽度大小，同时结合被发现的顺序，将距离土星地表从近到远的光环，分别命名为D、C、B、A、F、G和E环，其中A、B、C三个环是主环，宽度较大且亮度较高，其余的都为暗环，这些光环的宽度从48到30万公里不等，共同构成了土星壮美的光环，看上去就像一张非常巨大的唱片上的环形纹路。

土星光环是由什么构成的？

从土星环在1610年被发现开始的二百年内，天文学家们普遍认为，土星环是一个或者多个扁平的固体物质盘，一直到1856年，物理学家麦克斯韦通过理论推导，论证了土星环是由许许多多个小卫星，在土星的赤道平面上围绕土星公转的物质集合系统。

上世纪70年代以后，通过大型天文观测设备以及发射的近距离观测的深空探测器，人们发现组成土星环的物质，是宇宙中再普通不过的了，无非是一些岩石碎块、冰块以及更细小的太空尘埃等。它们的直径都比较小，一般都是在几厘米到几十厘米，很少直径有超过1米的，这些聚集在一起的物质，在阳光的照射下，反射出耀眼的光芒。

土星光环是如何形成的？

天文学家们发现土星环之后，在认识了其组成物质的成分之后，势必要探究它们的来源问题，不过，这个问题的结论迄今为止在科学界也没有达成共识，因为至少有两种观点都可以解释得通。

第一种观点是引力俘获说。土星依靠其强大的引力作用，在其诞生过程中以及形成以后的漫长岁月里，将周围许多岩石残骸和冰块吸附到一起形成，并逐渐在赤道平面上聚集成环，另外还将过路的小行星、彗星等也拉进这个阵营中。由于吸附的时间、聚集的距离都有所差别，逐渐形成了轨道不同的环带。

另一种解释是卫星解体说。有科学家猜测，在土星形成以后，围绕它运行的一颗大质量的卫星，由于距离土星很近，超过了星体洛希极限，被强大的潮汐力“撕碎”，形成了无数岩石小碎块，随后一部分坠落到土星内部，还有一部分在土星的引力“调校”和自身快速运行的“努力”下，没有坠入土星，而是最终以不同的轨道围绕着土星旋转，形成了目前的土星环。

从目前观测的结果看，严格意义来说，在太阳系中，不仅仅是土星才拥有光环，像木星、天王星、海王星都有这样的光环，也就是说都有很多岩石小碎块和冰块体围绕着它们旋转，只不过，这些行星的光环，范围较小、组成物质较少，不太容易被观测得到，远没有土星来得震撼。

土星环会消失吗？

如果以地球的视角去观察土星，那么光环的确会呈现出定期“消失”的现象。主要原因在于土星的赤道面与轨道面呈现较出的倾角，在地球和土星双双围绕太阳公转的同时，从地球观察，土星会整体呈现周期性的摆动，而直观上衡量这种摆动的就是土星环形状的变化。

从地球上看，土星光环与土星轨道的最大倾角为27度，最小倾角为0度，从最大倾角到最小倾角的变化周期是15年。当倾角变到0度时，从地球上就无法看到土星环的存在，因为土星光环的厚度太“薄”了，平均厚度仅为20米以内，在地球和土星这么长的距离，是根本看不出这20米的厚度来的，于是此时此刻，土星环就像隐身了一样。

如果从土星环组成物质的变化来看，它的整体变化情况是非常缓慢的，这其中有一部分在轨道衰减下坠入土星，不过仍有一些外来的小行星和彗星不定期地补充进去，从而几乎维持着一种动态的平衡。

不过，在2017年卡西尼号探测器在对土星环进入近距离观测时，发现在土星强大的引力作用下，几乎每时每刻都在发生着土星环内物质坠入土星的现象，土星表面也因此而形成交替出现的“环雨”现象。据测算，大约3亿年之后，土星环中的物质很大一部分都会被“吸入”土星之内，届时如果人类还存在的话，那么就有可能观察不到明显的土星环了。