土星为什么有光环(土星光环形成介绍)

 2022-09-19 09:20:50    32  

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。

土星为什么有光环(土星光环形成介绍)

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。

土星为什么有光环(土星光环形成介绍)

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。

土星为什么有光环(土星光环形成介绍)

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。

土星为什么有光环(土星光环形成介绍)

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。

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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。

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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。

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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。

土星为什么有光环(土星光环形成介绍)

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。

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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。

土星为什么有光环(土星光环形成介绍)

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。

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