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[猎奇]土星环宽度长达20万千米，厚度却仅30米！它究竟是如何形成的？[14P] [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 使用道具 楼主  发表于: 2023-11-03
— 本帖被 xgch 执行加亮操作(2023-11-03) —
有不少80后在网上回忆，说小时候在晴朗的夜幕下，看到过土星周围像草帽沿一样的光环，即大名鼎鼎的土星环。
对于网友的回忆，也有人表达的异议。有人认为是脑补的成分，因为地球距离土星太远，肉眼能看到的也就是颗星星。还有人调侃，说要真能肉眼可见土星环，只能是眼睛散光了。
虽然肉眼确实看不到土星环，但是肉眼可见到的土星，呈现出一种淡淡的黄色。这便是我国古代，在以五行命名行星的时候，为何用“土”来给它命名的缘故。

（卡西尼号探测器于2006年拍摄的土星环全貌）
有意思的是，古代的东西方对于行星的命名和象征意义并没有交流，但西方对于土星的神话理解，跟农业以及农神有关，这似乎跟我国对土星的理解，存在着某种异曲同工之妙。
等到伽利略用望远镜更清晰的观测到土星的时候，那一圈圈围绕在土星周围的环状物，又为它披上了一层神秘的面纱。



土星环是独一无二的


土星环的独特之处在于，与太阳系其他行星的环状物比起来，它最突出也最明显。其他的行星比如木星、天王星、海王星也有光环，可壮观程度却不及木星。
当伽利略第一次看到这些光环的时候，是在四百多年前。当时，他或许只被这些奇妙的光环所震撼到了，并没有仔细去数算这些光环有多少。

外界猜测伽利略当年看到土星环的样子，看起来像“耳朵”
还有一种可能是，由于彼时望远镜的倍数很低，伽利略能看到的土星环，也就是一种十分模糊的类似于星云的东西。这里还要再提一下，伽利略当时用倍数较低的望远镜，发现并观测土星环就已经相当吃力了，所以那些说用肉眼就能看到的，确实也不太可能。
伽利略是第一个看到土星环的人，但并非第一个看清土星环本质的人。直到45年后，另一位天文学家惠更斯，才借助更高倍数的望远镜，看清楚了土星环是盘状物的人。
又过了20年，乔瓦尼·卡西尼不但看见了土星环，而且还发现了各环状物之间存在缝隙。
其中最明显的缝隙存在于A环到B环之间，后来就以卡西尼的名字被叫做卡西尼缝，这条缝隙的宽度，达到了惊人的4800公里。


对于土星环的观测，肯定是越往后世越看的清晰，而有意思的是，第一个看到它们的伽利略，当时他非但没有看出那是围绕在土星周围的环状物，而且还认为土星不是单一的个体，那些环是共同构成土星的三个部分。
伽利略将这些环看作是土星的耳朵，更让他看到困惑的是，等后来再观测的时候，这些“耳朵”似乎消失不见了，伽利略认为是土星吞掉了自己的孩子。可等一段时间后再观测，他又看到那些耳朵重新出现了，这更让伽利略感到疑惑。
现在的人们才知道，由于土星运行的缘故，一旦环形面处在与地球平行的角度，从地球上看起来，就会感到它们仿佛“消失”了一般。从能看到光环，再到光环逐步缩小消失，这中间的周期为15年。


围绕在土星周围的环一共有7条，根据发现它们的先后时间，后来就用字母A、B、C等来命名了。最先被发现的A环并非距离土星最近，后来被发现的D环才是最近的。
全部观测到它们，从正面看到它们的全貌，直到后来人类发射了卡西尼号探测器才实现了。
土星环有多条，每条之间还存在缝隙，土星运行的过程中，这些环状物也绕着土星日夜不停的运转。你或许想问，这些环状物究竟是什么？



土星环是怎么形成的


皓月星空，凡是肉眼看到的星星，在运转的时候都会产生引力，土星也不例外。围绕在它周围的环状物，现今能观测到的，就是水冰、尘埃以及其他物质。它们呈现出一种丛集的状态，在特定轨道上围绕土星不停运转。


根据天文学家的研究，现在普遍的看法是，这些数以亿计的物质，在亿万年前其实也是以整体的形态出现的。根据构成成分的不同，它们有可能是彗星，也可能是小型的卫星。
就像月球绕着地球运转一样，原本这些小星体也在绕着土星运转，但不知道哪一天，由于土星巨大的引力，其中的一些星体就被土星撕裂吞噬了，残留下来的物质，就成了围绕土星运转的土星环。
这一假设成立的话，倒是和伽利略当初认为的“土星吃掉了自己孩子”的看法有某种相似之处。
也有一种观点认为，土星四周围的环状物，是土星自己通过亿万年的时间运行“捕捉”到的。其强大的引力，每当有彗星和小行星从身边飞过，土星都会将其吸住，这些物质一并构成了土星的光环。

（土星北极点正在形成的飓风，光是风暴眼的直径就达到了2000公里
时至今日，关于对土星环的探测，天文学家能大致了解的因素，可能上述两种原因都有。
因为各条环之间的缝隙，而且缝隙的距离始终保持恒定，让天文学家在破解它们的过程中，发现了隐藏在其中的卫星。
这些缝隙的形成，就是由于卫星产生的轨道共振引起的波动造成的。不过，这仅仅是对其中部分缝隙的形成推测出来的结果，其他一些缝隙的成因，目前还在研究中。
如此一来，土星在运转，土星环绕着它在运转，某些缝隙中的卫星也在运转，由于土星和卫星各自存在引力，两种力就会对土星环形成拉扯，于是有些缝隙比如卡西尼缝就显得很宽。

（历史上惠更斯关于土星环的研究理论）
从先后发现来看，土星环分别为D、C、B、A、F、G和E环，各环之间存在缝隙，各环的宽度也大小不等。



缝隙、暗带、星环雨


目前，已知的土星卫星有146颗，最大的土卫六也就是泰坦，它是土星最大的卫星，其半径为2575公里。土卫六也是太阳系中第二大卫星，排名第一的是木卫三，其半径为2634公里。
和地球比起来，土星就像是一个土豪，毕竟地球只有一颗卫星，而围绕土星的是一百多颗。但除了泰坦之外，其他卫星的体积都很小，有的直径甚至在20公里以下。也正是因为有这些卫星的存在，才使得土星环之间的缝隙是如此的恒定。
因为环状物的衬托，缝隙在观测中是幽深而黑暗的，因此又被称之为暗带。轨道共振，是天体在相互运行的时候，产生了周期性的引力作用。引力会各自影响到对方，土星和各个比较大的卫星之间，就存在这样的情况。

(卡西尼号和土卫二)
好比两个人在拉扯，环状物就是被拉扯的部分，其中的部分，被拉向了接近土星的轨道，另外的小部分，又会被卫星捕获，相互间的拉力产生的波动，最终导致了缝隙的出现。
从外面看起来，土星环以及各条缝隙是静止的，就像是沉睡一样，然而环状物的内部以及缝隙中，永远是疾风骤雨般的场景。
由于构成环状物的成分中有水冰，所以内部似乎每分每秒都在下雨，这种被称为星环雨的现象，其蕴含的能量，犹如地球上每秒降下了10吨的雨。
卡西尼号探测器曾置身其中观测过，其中很多水分，又被环状物产生的巨大力量给吸走了。看来，环绕着土星整个的行星环系统，它的内部永远处于变动和整合。

（另一个探测器航海家2号拍摄到的土星环）



土星环的年纪有多大了


天文学家测算土星的年龄为45亿岁，而对土星环形成的时间，长期以来也曾出现过各种观点。
起初的一些观点是，土星在诞生之日起，土星环就相伴左右，就像父母儿女共生一样，两者已经相伴了数十亿年。
不过，这种观点在过去仅仅是假说，由于不了解土星环物质的成分，所以也难以测算其年纪。直到后来卡西尼探测器对土星展开探测之后，通过对土星环的探测和了解，天文学家才逐步掌握了更多的新情况。


那么，卡西尼探测器是怎么测算的呢？它在土星和土星环之间，做了22次的俯冲动作。因为在接近土星的过程中，就能感受到土星的重力场，如此一来，土星和土星环之间就会形成两股对探测器的拉力。
通过对每种拉力进行测算，就能算出土星和土星环的质量，进而再对比质量的大小，就能确定两者是否生成于同一时期。
而通过俯冲动作并分析了相关的数据后，天文学家发现，土星环的质量要比土星的质量轻很多。
比如土星的主环B，原本以为它的质量很大，甚至比其中一些卫星的质量还要大。可经过俯冲得出的数据却发现，它的质量和卫星的质量不相上下，仅仅比其中土卫一的质量高了0.4倍。

（土卫六）
质量如此之小，那就不可能是跟土星在同一时期形成的。2017年，卡西尼号探测器能量即将耗尽的时候，天文学家得出土星环的年龄为1亿年左右。2019年新的观点又发现，土星环的年纪在1.5亿年到3亿年之间。
总的来说，它的年纪和土星本身比起来，还是小太多了。天文学家认为，目前的人类，正好生活在土星环生成并存在的特殊时期。
这句话的意思就是说，土星环处于变动状态，并不一定会永远存在。只是以当下人类的寿命来衡量的话，我们及其短暂的存在时间，看不到未来它会发生某些变化。
也许在未来的某一天，这些环状物最终会摆脱土星的引力，最终消散在茫茫的宇宙中。又或许，这些环状物会逐步凝聚形成一个新的星球天体。总之，茫茫宇宙星体和尘埃永远在变动。





结语


卡西尼号探测器1995年发射，2004年进入了土星的轨道。与探测器一并升空的，还有在后来登陆土卫六的惠更斯号航天器。两艘航天器，是以历史上发现并观测过土星环的卡西尼和惠更斯命名的。
地球到土星的距离为13亿公里，卡西尼号探测器从飞行到土星再到环绕土星运行，它的飞行距离为79亿公里。


在13年的探索中，它传送回地球的各类照片有45.3万张，搜集到的数据一共有635GB，通过分析各类数据而发表的科学文章有3948篇。
随着2017年探测器寿终正寝，标志着它的探测土星之旅也落下了帷幕。未来，人类应该还会发射各种探测器，对包括土星在内的太阳系各大行星进行观测研究。


太阳系的每个行星，都是独一无二的存在，而更深邃的宇宙外太空，其独具特色的一面，也始终在召唤者我们。
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xgch 金币 +35 辛苦了，感谢您无私奉献的精神! 2023-11-03
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