土星环是由什么组成的?

土星环是由什么组成的?

在所有的行星中,似乎没有一个能像土星那样吸引我们。这颗行星之所以如此迷人,很可能是因为其巨大的光环使这颗第二大行星在我们的太阳系中脱颖而出。尽管木星、天王星和海王星都有自己的光环,但没有一个像土星那样壮观。

土星环也是太空中最大的谜团之一。但随着我们的宇宙飞船比以往任何时候都更接近土星环,我们对土星环的组成和形成有了更完整的了解。

土星有7个主环,每一个都由数千个小环状物组成。这些环非常巨大——最大的环直径达17万英里(273588公里)。然而,就比例而言,它们非常薄——只有大约650英尺(200米)厚。它们不是像地球上看起来的那样是固体,而是由漂浮的大块水冰、岩石和尘埃组成,大小不一,从斑点到巨大的、房子大小的碎片,它们以环状模式围绕土星运行。当这些粒子在轨道上运行时,它们不断碰撞,打碎较大的碎片。

这些光环并不是完美的圆形,而是由于附近卫星的引力而产生的弯曲。这些环上还含有辐条,这是由于悬浮在环上的非常细小的尘埃粒子被静电吸引并被拉到环上。

土星环是用字母命名的——A、B、C、D、E、F和G。它们不是按字母顺序命名的,而是按照它们被发现时的顺序(从土星开始,实际的顺序是——D、C、B、A、F、G和E)。

A和B是最亮的两个环,而B是七个环中最宽最厚的。C有时被称为绉环,因为它非常透明,而D几乎不可见。F环非常狭窄,由两个卫星——潘多拉和普罗米修斯——连接在一起,它们位于环的两侧。它们被称为引导卫星,因为它们控制着环内粒子的运动。

更远的是G环,最后是E环,它是由非常细小的(几乎是微观的)粒子组成的。E环对科学家来说是最令人困惑的,因为E环不像其他的环,被认为是由从附近的卫星脱落的粒子组成,E环被认为是由土卫二南极附近的火山间歇泉喷射出的冰粒子组成的。在几个光环之间是以研究过土星的天文学家命名的空隙。

但是这些光环是如何形成的,它们的年龄又有多大呢?

自从1610年伽利略用早期望远镜观察土星以来,科学家们就一直在思考土星环的问题。从伽利略观察土星的角度,他推测土星不是一颗单一的恒星,而实际上是三颗:一颗较大的中间恒星,上面有两个耳朵状的附体,他认为这些附体可能是大卫星。伽利略观测土星一年多了。他休息了一会儿,没有再看,直到1612年,他发现了一件不寻常的事。伽利略没有看到他上次观测时看到的三颗恒星,而是看到了一颗恒星。他正确地预测到其他“星星”会回来,但他不知道为什么它们会消失。

1655年,荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)用更精密的望远镜观测时,回答了困扰伽利略的问题。他认为这些额外的恒星实际上是光环,它们足够薄,从边缘看时似乎消失了。今天,科学家们为伽利略和惠更斯所目睹的景象起了一个名字——环面交叉。当土星围绕太阳运行时,它的光环大约每14年就会出现一次与地球面朝上的现象。所以当我们用望远镜观察这颗行星时,这些光环是看不见的。

然而,惠更斯在对土星的评估中犯了一个错误。他相信土星环是实心的。五年后,法国天文学家Jean Chapelain更准确地推测,光环实际上是围绕土星运行的小粒子。苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在1857年证实了这一理论,当时他发现土星环一定是由小粒子组成的;否则,它们会被土星的引力拉向内部,直到撞向土星。

在20世纪和21世纪,天文学家得益于科技帮助他们发现土星环的秘密。在20世纪70年代末和80年代初,先锋号和旅行者号飞船发回了土星环和组成它们的粒子的特写照片。近年来,卡西尼号任务(由美国宇航局、欧洲航天局(ESA)和意大利航天局(ASI)合作完成)已经能够更接近土星环,并收集到大量关于土星环结构的新信息。

随着科学家们对土星环的组成了解的越来越多,他们也一直在质疑土星环的起源。他们认为,这些光环是在彗星或小行星与土星的一个或多个卫星相撞时形成的,这些卫星被撞成许多碎片。碰撞产生的碎片在土星周围散开,形成了现在的土星环图案。

不确定的是光环的年龄。起初,它们被认为和太阳系一样古老。然后,科学家们推测,如果土星环上的冰已经积聚了40亿年的太空尘埃,那么它应该比原来脏得多。因此,他们将环的估计年龄提前到了数千万年前。但是当卡西尼号飞船发回土星环最清晰的图像时,科学家们说原来的估计可能是正确的。他们认为,这些环上的粒子很可能在40亿年的时间里被循环利用,而且它们将继续存在到未来很长时间。