土星光環(huán)之謎,土星光環(huán)是怎么形成的(巨大衛(wèi)星毀滅殘留物)

導(dǎo)語(yǔ)：太陽(yáng)系中包含八大行星，其中土星可算得上是太陽(yáng)系中最獨(dú)特的一顆行星了，土星最讓人嘆為觀止的就是那美麗的土星環(huán)，早在1610年伽利略用望遠(yuǎn)鏡第一次觀察到了土星光環(huán)，但是土星光環(huán)總是時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，有時(shí)隔了好幾年才又重新看到。那美麗的土星光環(huán)是怎樣形成的呢?接下來(lái)就由探秘志小編為大家揭秘土星光環(huán)之謎吧!

土星光環(huán)之謎

在太陽(yáng)系所有的行星中，論“體重”,論“個(gè)頭”,土星都是老二，僅 次于木星。地球和 土星比起來(lái)，簡(jiǎn)直 小得不得了，745 個(gè)地球加起來(lái)才 頂?shù)蒙弦粋�(gè)土星。但是，土星只是一 個(gè)虛弱的“胖子”，它的平均密度只 有0.7克/厘米’，比水的密度還要 小。如果把所有行 星都扔進(jìn)水里，那么像皮球一樣浮上來(lái)的準(zhǔn)是土星。但土星有一道奇特的景觀，那就是美麗的光環(huán)。這光環(huán)像一條亮 燦燦的項(xiàng)鏈一樣掛在土星的脖子上。1979年，“先驅(qū)者”11號(hào)探測(cè)器 飛臨土星上空，發(fā)現(xiàn)土星光環(huán)像一張“密紋唱片”，由大小不等的小石 塊、冰塊組成，它們排列得密密麻麻，一起圍繞土星旋轉(zhuǎn)。從地球上看去，土星光環(huán)的形狀老是在發(fā)生變化，有幾年甚至?xí)?ldquo;消失”。這是怎么回事呢?

原來(lái)，這是由光環(huán)的形狀決定的。土星光環(huán)的寬度達(dá)27萬(wàn)千 米，而厚度只有10千米，寬度和厚度的比例使它看上去就像一只十 分寬大但很薄的紙環(huán)。當(dāng)這“紙環(huán)”正面朝向地球時(shí)，人們只能看到 像紙一樣薄薄的一條線，“紙環(huán)”幾乎就處于“消失”的狀態(tài)。難怪17 世紀(jì)初意大利天文學(xué)家伽利略在觀察土星時(shí)，會(huì)以為自己看花了眼：土星兩側(cè)怎么多出兩個(gè)“耳朵”一樣的東西呢?

自從十七世紀(jì)中期荷蘭科學(xué)家惠更斯發(fā)現(xiàn)土星的光環(huán)后，它一 直是天文學(xué)家最喜歡觀測(cè)的對(duì)象之一。人們一直試圖搞明白：土星 光環(huán)是怎樣形成的?為什么土星光環(huán)可以細(xì)分出不計(jì)其數(shù)的細(xì)環(huán)? ……一個(gè)個(gè)的奧秘等著科學(xué)家去解開(kāi)。

卡西尼號(hào)探測(cè)器進(jìn)入土星軌道

美國(guó)東部時(shí)間2004年7月1日中午時(shí)分，歷時(shí)7年飛越了35億公里的卡西尼號(hào)探測(cè)器終于成功地泊入了土星軌道，開(kāi)始了它長(zhǎng)達(dá)4年的對(duì)土星、土星衛(wèi)星和土星光環(huán)的探測(cè)。自從1610年伽利略第一個(gè)把望遠(yuǎn)鏡指向天空時(shí)，土星就給人們留下了一個(gè)巨大的謎團(tuán)。伽利略看到土星不象一個(gè)單獨(dú)的發(fā)光體，它的形狀猶如三聯(lián)星，緊靠著大星的兩側(cè)附有兩顆小星與中心聯(lián)成一條直線。伽利略連續(xù)觀測(cè)了三年，發(fā)現(xiàn)土星的這種形狀沒(méi)有什么變化，于是斷言土星有兩顆衛(wèi)星，不過(guò)這兩顆衛(wèi)星絲毫不動(dòng)地固定在土星兩端。但是接著觀測(cè)下去卻發(fā)現(xiàn)這兩顆衛(wèi)星竟然完全消失了，過(guò)一段時(shí)間后又出現(xiàn)，而且看到了更多離奇古怪的土星形狀。伽利略對(duì)此無(wú)法解釋。

荷蘭物理學(xué)家惠更斯用倍數(shù)更高的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)木星后確認(rèn)伽利略所描述的土星附屬物決不會(huì)是兩顆衛(wèi)星，不過(guò)他真的發(fā)現(xiàn)了一顆土星衛(wèi)星，后被命名為提坦。這是迄今所知土星總共31顆衛(wèi)星中最大的一顆。1656年3月5日惠更斯公布了他對(duì)土星形狀之謎的解答。不過(guò)這個(gè)解答是以謎語(yǔ)的方式公布的，惠更斯的這個(gè)解答某種程度上帶來(lái)了更大的迷惑。

1675年著名天文學(xué)家卡西尼觀測(cè)到惠更斯的土星光環(huán)實(shí)際上是雙重的，內(nèi)外兩重環(huán)之間被一條黑暗的縫隙分隔，此縫現(xiàn)在被命名為卡西尼縫�？ㄎ髂岵聹y(cè)土星光環(huán)可能由無(wú)數(shù)小顆粒組成，但當(dāng)時(shí)及以后兩百年里的天文學(xué)家們都認(rèn)為土星光環(huán)是固態(tài)的，卡西尼縫只是固態(tài)環(huán)上的一個(gè)暗黑的標(biāo)記。直到1856年英國(guó)著名物理學(xué)家麥克斯韋用力學(xué)理論證明，土星光環(huán)如果是固體的或液體的，那么它在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)萬(wàn)有引力將會(huì)把它撕裂，它如果是由無(wú)數(shù)小的固定顆粒構(gòu)成，在力學(xué)上就是穩(wěn)定的。通過(guò)以后的望遠(yuǎn)鏡和行星際探測(cè)器的觀測(cè)，獲得了更多的土星光環(huán)的細(xì)節(jié)，當(dāng)然也證實(shí)了卡西尼的猜測(cè)和麥克斯韋的理論預(yù)言是正確的。

人們對(duì)這次的卡西尼號(hào)探測(cè)器也寄予厚望，不僅希望它揭示更多土星家族的謎團(tuán)，還希望從對(duì)土星光環(huán)系統(tǒng)的觀測(cè)中探索出太陽(yáng)系起源和行星系統(tǒng)形成的秘密。卡西尼號(hào)還攜帶了一艘著陸器，六個(gè)月后當(dāng)卡西尼號(hào)接近提坦時(shí)將把著陸器釋放到這顆木星最大的衛(wèi)星上，著陸器以提坦發(fā)現(xiàn)者的名字惠更斯來(lái)命名。

時(shí)隱時(shí)現(xiàn)的土星光環(huán)

在太陽(yáng)系中，土星被譽(yù)為美麗的天體，它戴著的光環(huán)曾被認(rèn)為是不可思議的奇跡�？茖W(xué)家經(jīng)過(guò)大量研究發(fā)現(xiàn)，在太陽(yáng)系九大行星中，不僅土星戴著光環(huán)，而且木星、天王星和海王星也是戴著光環(huán)的。

1、在這4顆戴著光環(huán)的行星中，土星的光環(huán)最為壯觀和奇麗。歷史上首先發(fā)現(xiàn)土星光環(huán)的是意大利天文學(xué)家伽利略。1610，伽利略用剛剛發(fā)明不久的天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)土星，發(fā)現(xiàn)它的側(cè)面仿佛有一些什么東西。遺憾的是，直到他去世，也沒(méi)有弄清楚那些東西究竟是什么玩意兒。

2、1655年，荷蘭天文學(xué)家惠更斯終于搞清了土星光環(huán)形狀不斷變化的原因：那是因?yàn)樗�以不同的角度朝向我們。�?dāng)我們恰好從它的側(cè)邊看去時(shí)，薄薄的光環(huán)就仿佛隱而不見(jiàn)了。土星光環(huán)厚約10余公里，寬約6.6公里，它可以細(xì)分為幾個(gè)環(huán)帶，中間夾著暗黑的環(huán)縫。

3、1977年3月10日，包括中國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家的天文學(xué)家，各自觀測(cè)到了一次罕見(jiàn)的天文現(xiàn)象——天王星掩恒星。觀測(cè)的結(jié)果使科學(xué)家們大為驚奇：在天王星遮掩恒星之前，人們已經(jīng)觀測(cè)到一組“掩”，在天王星本體掩星之后，又觀測(cè)了另一組類似的“掩”。造成這些“掩”的，原來(lái)是圍繞著天王星的一些“光環(huán)”。這些環(huán)都極細(xì)，而且彼此都離得較遠(yuǎn)。1986年1月，美國(guó)發(fā)射的“旅行者2號(hào)”宇宙飛船飛越天王星時(shí)，又發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)新的環(huán)帶。現(xiàn)在，已經(jīng)知道天王星共有11道環(huán)。

4、“旅行者1號(hào)”是1977年9月發(fā)射的，1979年3月初，它從離木星大約27.5萬(wàn)公里處掠過(guò)這顆巨大的行星，發(fā)現(xiàn)木星也有一群細(xì)細(xì)的環(huán)。木星環(huán)厚約30公里，總寬度超過(guò)6000公里，光環(huán)與木星的中心距離約12.8萬(wàn)公里。

土星環(huán)狀結(jié)構(gòu)是怎么形成的

土星環(huán)是太陽(yáng)系行星的行星環(huán)中最突出與明顯的一個(gè)，環(huán)中有不計(jì)其數(shù)的小顆粒，其大小從微米到米都有，軌道成叢集的繞著土星運(yùn)轉(zhuǎn)。環(huán)中的顆粒主要成分都是水冰，還有一些塵埃和其它的化學(xué)物質(zhì)。

雖然環(huán)的反射能夠增加土星的亮度，但從地球僅憑裸眼還是看不見(jiàn)環(huán)。在1610年，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡第一次指向天空之際，伽利略雖然未能清楚的看出環(huán)的本質(zhì)，但他還是成為觀察土星環(huán)的第一個(gè)人。在1655年，惠更斯成為第一個(gè)描述環(huán)是環(huán)繞土星的盤狀的人。雖然許多人都認(rèn)為土星環(huán)是由許多微細(xì)的小環(huán)累積而成的(這個(gè)觀念可以回溯至拉普拉斯)，并有少數(shù)真實(shí)的空隙。更正確的想法是這些環(huán)是有著同心但是在密度和著亮度上有著極值的圓環(huán)盤。在叢集的尺度上，圓環(huán)之間有許多空洞的空間。

在環(huán)的中間有一些空隙：有兩條已經(jīng)知道是與被埋藏在環(huán)中的衛(wèi)星產(chǎn)生軌道共振引起的波動(dòng)造成的，其它的空隙還不知道成因。穩(wěn)定的共振，另一方面，也維系了一些環(huán)長(zhǎng)期的存在，像是泰坦環(huán)和G環(huán)。土星環(huán)結(jié)構(gòu)是由不同尺寸顆粒構(gòu)成，不同色彩代表著不同顆粒尺寸，綠色是最小的顆粒。目前，科學(xué)家最新研究表明，土星環(huán)中冰晶和巖石分布結(jié)構(gòu)是顆粒反復(fù)碰撞分離形成的，多數(shù)構(gòu)成顆粒直徑小于1米，較大尺寸的顆粒非常少。

最原始的土星環(huán)狀結(jié)構(gòu)大約是現(xiàn)今環(huán)狀結(jié)構(gòu)的10-100倍，隨著時(shí)間的推移，環(huán)狀結(jié)構(gòu)外層的冰物質(zhì)與土星的微小衛(wèi)星合并在一起。因此，由于無(wú)名巨大行星與氫氣層的碰撞產(chǎn)生了壯觀的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并孕育了新的衛(wèi)星。

科學(xué)家認(rèn)為氫氣層是導(dǎo)致該無(wú)知巨大衛(wèi)星毀滅的主要原因，同時(shí)，形成一個(gè)壯觀的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這是“宇宙謀殺事件”的證據(jù)。該巨大衛(wèi)星毀滅后其殘留物質(zhì)繼續(xù)環(huán)繞土星，一種冰層結(jié)構(gòu)開(kāi)始環(huán)繞土星，由此土星環(huán)狀結(jié)構(gòu)誕生。

土星神秘的“光環(huán)”之謎已揭曉，最新研究稱，土星環(huán)狀結(jié)構(gòu)形成于一次“宇宙謀殺事件”，受害者是一顆45億年前消失的無(wú)名巨大衛(wèi)星�？茖W(xué)家認(rèn)為氫氣層是導(dǎo)致該無(wú)知巨大衛(wèi)星毀滅的主要原因，同時(shí)，形成一個(gè)壯觀的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這是“宇宙謀殺事件”的證據(jù)。該巨大衛(wèi)星毀滅后其殘留物質(zhì)繼續(xù)環(huán)繞土星，一種冰層結(jié)構(gòu)開(kāi)始環(huán)繞土星，由此土星環(huán)狀結(jié)構(gòu)誕生。該項(xiàng)研究負(fù)責(zé)人是美國(guó)科羅拉多州西南研究學(xué)會(huì)的天文學(xué)家羅賓-坎圖普(Robin Canup)說(shuō)：“土星是一個(gè)幫兇，并促進(jìn)形成目前的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。”目前，這項(xiàng)研究發(fā)表在近期出版的《自然》雜志上。

之前一項(xiàng)主流理論認(rèn)為土星的眾多衛(wèi)星彼此碰撞，產(chǎn)生的殘骸從而形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。然而，這一理論現(xiàn)被證實(shí)不具合理性，因?yàn)槭聦?shí)上土星環(huán)狀結(jié)構(gòu)95%成份是冰。羅賓稱，我認(rèn)為一定是一顆較大衛(wèi)星剝離其外層冰物質(zhì)形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。她的理論暗示著氫氣層幫助建立和摧毀這顆無(wú)名巨大衛(wèi)星。羅賓指出，這顆無(wú)名巨大衛(wèi)星可能在氣體盤的引力下沖向土星。這一死亡螺旋碰撞過(guò)程持續(xù)了1萬(wàn)年，它將更好地解釋土星環(huán)狀結(jié)構(gòu)的起源。

依據(jù)羅賓的計(jì)算機(jī)模型，土星在足夠遠(yuǎn)的距離時(shí)就將這顆巨大衛(wèi)星的冰層剝離，這些冰物質(zhì)誘捕于環(huán)狀結(jié)構(gòu)中。最原始的土星環(huán)狀結(jié)構(gòu)大約是現(xiàn)今環(huán)狀結(jié)構(gòu)的10-100倍，隨著時(shí)間的推移，環(huán)狀結(jié)構(gòu)外層的冰物質(zhì)與土星的微小衛(wèi)星合并在一起。因此，由于無(wú)名巨大行星與氫氣層的碰撞產(chǎn)生了壯觀的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并孕育了新的衛(wèi)星。

羅賓說(shuō)：“這一理論將有助于解釋土衛(wèi)三的形成，這顆奇特的內(nèi)部衛(wèi)星并不能適應(yīng)其它衛(wèi)星形成理論。”土星共有62顆衛(wèi)星，其中53顆已被命名，前不久，美國(guó)宇航局卡西尼探測(cè)器進(jìn)行規(guī)律性勘測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)了一顆新衛(wèi)星。羅賓說(shuō)：“該項(xiàng)理論并不能解釋太陽(yáng)系內(nèi)其它衛(wèi)星環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成原理，比如：木星、海王星和天王星，它們的環(huán)狀結(jié)構(gòu)可能以不同的方式形成。”

土星為什么擁有美麗的光環(huán)

就目前而言的解釋也都來(lái)自于科學(xué)家的猜測(cè)，但是這些猜測(cè)并非毫無(wú)根據(jù)，一般認(rèn)為土星的光環(huán)其實(shí)可分成幾個(gè)不同的部分,最明亮和最寬闊的是A 環(huán)和B 環(huán)，而較暗的是 C 環(huán)光環(huán)的各部分之間有明顯的裂縫,最大裂縫的是 A 環(huán)和 B 環(huán) 間的卡西尼裂縫,它是由喬凡尼卡西尼在 1657 年發(fā)現(xiàn)的，而A 環(huán)內(nèi)的恩克縫則是由約翰.恩克在1837 年發(fā)現(xiàn)的。

通過(guò)飛船的探測(cè),人們還發(fā)現(xiàn)較寬的光環(huán)其實(shí)是由許多狹窄的小環(huán)組成的。目前來(lái)看土星環(huán)形成的原因可能來(lái)源于一顆衛(wèi)星，由土星引力產(chǎn)生的起潮力能瓦解一顆衛(wèi)星甚至瓦解一顆進(jìn)入其引力范圍的行星，這種起潮力能夠阻止破碎的物質(zhì)結(jié)合成一顆新的天體，而這些破碎的物質(zhì)逐漸演變成一道光環(huán)，圍繞土星周邊。

而近年來(lái)天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，土星光環(huán)主要由冰構(gòu)成(95%)。因此，它很可能是一顆“冰殼衛(wèi)星”與土星外圍物質(zhì)相撞后的結(jié)果。這顆死星其他部分因重量較大而墜入土星大氣層，而還有一種說(shuō)法是土星環(huán)是太陽(yáng)系演化初期殘留下來(lái)的某些原始物質(zhì)，因?yàn)樵诼逑�極限內(nèi)繞土星公轉(zhuǎn)，而無(wú)法凝集成衛(wèi)星，最終形成了我們今天看到的光環(huán)。

結(jié)語(yǔ)：在望遠(yuǎn)鏡中，太陽(yáng)系中的一顆土星就像一頂草帽，環(huán)繞土星周圍的一圈圈光環(huán)才是它的最大亮點(diǎn)。但是至今土星光環(huán)還需要科學(xué)家們花費(fèi)時(shí)間不斷探索，因?yàn)閷?shí)在還有太多謎團(tuán)尚未揭開(kāi)!