土星光環之謎,土星光環是怎麼形成的(巨大衛星毀滅殘留物)

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導語：太陽系中包含八大行星，其中土星可算得上是太陽系中最獨特的一顆行星了，土星最讓人歎爲觀止的就是那美麗的土星環，早在1610年伽利略用望遠鏡第一次觀察到了土星光環，但是土星光環總是時隱時現，有時隔了好幾年才又重新看到。那美麗的土星光環是怎樣形成的呢?接下來就由小編爲大家揭祕土星光環之謎吧!

土星光環之謎

在太陽系所有的行星中，論“體重”,論“個頭”,土星都是老二，僅次於木星。地球和土星比起來，簡直小得不得了，745 個地球加起來才頂得上一個土星。但是，土星只是一個虛弱的“胖子”，它的平均密度只有0.7克/釐米’，比水的密度還要小。如果把所有行星都扔進水裏，那麼像皮球一樣浮上來的準是土星。但土星有一道奇特的景觀，那就是美麗的光環。這光環像一條亮燦燦的項鍊一樣掛在土星的脖子上。1979年，“先驅者”11號探測器飛臨土星上空，發現土星光環像一張“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。從地球上看去，土星光環的形狀老是在發生變化，有幾年甚至會“消失”。這是怎麼回事呢?

原來，這是由光環的形狀決定的。土星光環的寬度達27萬千米，而厚度只有10千米，寬度和厚度的比例使它看上去就像一隻十分寬大但很薄的紙環。當這“紙環”正面朝向地球時，人們只能看到像紙一樣薄薄的一條線，“紙環”幾乎就處於“消失”的狀態。難怪17 世紀初意大利天文學家伽利略在觀察土星時，會以爲自己看花了眼：土星兩側怎麼多出兩個“耳朵”一樣的東西呢?

自從十七世紀中期荷蘭科學家惠更斯發現土星的光環後，它一直是天文學家最喜歡觀測的對象之一。人們一直試圖搞明白：土星光環是怎樣形成的?爲什麼土星光環可以細分出不計其數的細環? ……一個個的奧祕等着科學家去解開。

卡西尼號探測器進入土星軌道

美國東部時間2004年7月1日中午時分，歷時7年飛越了35億公里的卡西尼號探測器終於成功地泊入了土星軌道，開始了它長達4年的對土星、土星衛星和土星光環的探測。自從1610年伽利略第一個把望遠鏡指向天空時，土星就給人們留下了一個巨大的謎團。伽利略看到土星不象一個單獨的發光體，它的形狀猶如三聯星，緊靠着大星的兩側附有兩顆小星與中心聯成一條直線。伽利略連續觀測了三年，發現土星的這種形狀沒有什麼變化，於是斷言土星有兩顆衛星，不過這兩顆衛星絲毫不動地固定在土星兩端。但是接着觀測下去卻發現這兩顆衛星竟然完全消失了，過一段時間後又出現，而且看到了更多離奇古怪的土星形狀。伽利略對此無法解釋。

荷蘭物理學家惠更斯用倍數更高的望遠鏡觀測木星後確認伽利略所描述的土星附屬物決不會是兩顆衛星，不過他真的發現了一顆土星衛星，後被命名爲提坦。這是迄今所知土星總共31顆衛星中最大的一顆。1656年3月5日惠更斯公佈了他對土星形狀之謎的解答。不過這個解答是以謎語的方式公佈的，惠更斯的這個解答某種程度上帶來了更大的迷惑。

1675年著名天文學家卡西尼觀測到惠更斯的土星光環實際上是雙重的，內外兩重環之間被一條黑暗的縫隙分隔，此縫現在被命名爲卡西尼縫。卡西尼猜測土星光環可能由無數小顆粒組成，但當時及以後兩百年裏的天文學家們都認爲土星光環是固態的，卡西尼縫只是固態環上的一個暗黑的標記。直到1856年英國著名物理學家麥克斯韋用力學理論證明，土星光環如果是固體的或液體的，那麼它在轉動時萬有引力將會把它撕裂，它如果是由無數小的固定顆粒構成，在力學上就是穩定的。通過以後的望遠鏡和行星際探測器的觀測，獲得了更多的土星光環的細節，當然也證實了卡西尼的猜測和麥克斯韋的理論預言是正確的。

人們對這次的卡西尼號探測器也寄予厚望，不僅希望它揭示更多土星家族的謎團，還希望從對土星光環系統的觀測中探索出太陽系起源和行星系統形成的祕密。卡西尼號還攜帶了一艘着陸器，六個月後當卡西尼號接近提坦時將把着陸器釋放到這顆木星最大的衛星上，着陸器以提坦發現者的名字惠更斯來命名。

時隱時現的土星光環

在太陽系中，土星被譽爲美麗的天體，它戴着的光環曾被認爲是不可思議的奇蹟。科學家經過大量研究發現，在太陽系九大行星中，不僅土星戴着光環，而且木星、天王星和海王星也是戴着光環的。

1、在這4顆戴着光環的行星中，土星的光環最爲壯觀和奇麗。歷史上首先發現土星光環的是意大利天文學家伽利略。1610，伽利略用剛剛發明不久的天文望遠鏡觀測土星，發現它的側面彷彿有一些什麼東西。遺憾的是，直到他去世，也沒有弄清楚那些東西究竟是什麼玩意兒。

2、1655年，荷蘭天文學家惠更斯終於搞清了土星光環形狀不斷變化的原因：那是因爲它以不同的角度朝向我們。當我們恰好從它的側邊看去時，薄薄的光環就彷彿隱而不見了。土星光環厚約10餘公里，寬約6.6公里，它可以細分爲幾個環帶，中間夾着暗黑的環縫。

3、1977年3月10日，包括中國在內的許多國家的天文學家，各自觀測到了一次罕見的天文現象——天王星掩恆星。觀測的結果使科學家們大爲驚奇：在天王星遮掩恆星之前，人們已經觀測到一組“掩”，在天王星本體掩星之後，又觀測了另一組類似的“掩”。造成這些“掩”的，原來是圍繞着天王星的一些“光環”。這些環都極細，而且彼此都離得較遠。1986年1月，美國發射的“旅行者2號”宇宙飛船飛越天王星時，又發現了幾個新的環帶。現在，已經知道天王星共有11道環。

4、“旅行者1號”是1977年9月發射的，1979年3月初，它從離木星大約27.5萬公里處掠過這顆巨大的行星，發現木星也有一羣細細的環。木星環厚約30公里，總寬度超過6000公里，光環與木星的中心距離約12.8萬公里。

土星環狀結構是怎麼形成的

土星環是太陽系行星的行星環中最突出與明顯的一個，環中有不計其數的小顆粒，其大小從微米到米都有，軌道成叢集的繞着土星運轉。環中的顆粒主要成分都是水冰，還有一些塵埃和其它的化學物質。

雖然環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環。在1610年，當望遠鏡第一次指向天空之際，伽利略雖然未能清楚的看出環的本質，但他還是成爲觀察土星環的第一個人。在1655年，惠更斯成爲第一個描述環是環繞土星的盤狀的人。雖然許多人都認爲土星環是由許多微細的小環累積而成的(這個觀念可以回溯至拉普拉斯)，並有少數真實的空隙。更正確的想法是這些環是有着同心但是在密度和著亮度上有着極值的圓環盤。在叢集的尺度上，圓環之間有許多空洞的空間。

在環的中間有一些空隙：有兩條已經知道是與被埋藏在環中的衛星產生軌道共振引起的波動造成的，其它的空隙還不知道成因。穩定的共振，另一方面，也維繫了一些環長期的存在，像是泰坦環和G環。土星環結構是由不同尺寸顆粒構成，不同色彩代表着不同顆粒尺寸，綠色是最小的顆粒。目前，科學家最新研究表明，土星環中冰晶和岩石分佈結構是顆粒反覆碰撞分離形成的，多數構成顆粒直徑小於1米，較大尺寸的顆粒非常少。

最原始的土星環狀結構大約是現今環狀結構的10-100倍，隨着時間的推移，環狀結構外層的冰物質與土星的微小衛星合併在一起。因此，由於無名巨大行星與氫氣層的碰撞產生了壯觀的環狀結構，並孕育了新的衛星。

科學家認爲氫氣層是導致該無知巨大衛星毀滅的主要原因，同時，形成一個壯觀的環狀結構，這是“宇宙謀殺事件”的證據。該巨大衛星毀滅後其殘留物質繼續環繞土星，一種冰層結構開始環繞土星，由此土星環狀結構誕生。

土星神祕的“光環”之謎已揭曉，最新研究稱，土星環狀結構形成於一次“宇宙謀殺事件”，受害者是一顆45億年前消失的無名巨大衛星。科學家認爲氫氣層是導致該無知巨大衛星毀滅的主要原因，同時，形成一個壯觀的環狀結構，這是“宇宙謀殺事件”的證據。該巨大衛星毀滅後其殘留物質繼續環繞土星，一種冰層結構開始環繞土星，由此土星環狀結構誕生。該項研究負責人是美國科羅拉多州西南研究學會的天文學家羅賓-坎圖普(Robin Canup)說：“土星是一個幫兇，並促進形成目前的環狀結構。”目前，這項研究發表在近期出版的《自然》雜誌上。

之前一項主流理論認爲土星的衆多衛星彼此碰撞，產生的殘骸從而形成環狀結構。然而，這一理論現被證實不具合理性，因爲事實上土星環狀結構95%成份是冰。羅賓稱，我認爲一定是一顆較大衛星剝離其外層冰物質形成環狀結構。她的理論暗示着氫氣層幫助建立和摧毀這顆無名巨大衛星。羅賓指出，這顆無名巨大衛星可能在氣體盤的引力下衝向土星。這一死亡螺旋碰撞過程持續了1萬年，它將更好地解釋土星環狀結構的起源。

依據羅賓的計算機模型，土星在足夠遠的距離時就將這顆巨大衛星的冰層剝離，這些冰物質誘捕於環狀結構中。最原始的土星環狀結構大約是現今環狀結構的10-100倍，隨着時間的推移，環狀結構外層的冰物質與土星的微小衛星合併在一起。因此，由於無名巨大行星與氫氣層的碰撞產生了壯觀的環狀結構，並孕育了新的衛星。

羅賓說：“這一理論將有助於解釋土衛三的形成，這顆奇特的內部衛星並不能適應其它衛星形成理論。”土星共有62顆衛星，其中53顆已被命名，前不久，美國宇航局卡西尼探測器進行規律性勘測時發現了一顆新衛星。羅賓說：“該項理論並不能解釋太陽系內其它衛星環狀結構的形成原理，比如：木星、海王星和天王星，它們的環狀結構可能以不同的方式形成。”

土星爲什麼擁有美麗的光環

就目前而言的解釋也都來自於科學家的猜測，但是這些猜測並非毫無根據，一般認爲土星的光環其實可分成幾個不同的部分,最明亮和最寬闊的是A 環和B 環，而較暗的是 C 環光環的各部分之間有明顯的裂縫,最大裂縫的是 A 環和 B 環間的卡西尼裂縫,它是由喬凡尼卡西尼在 1657 年發現的，而A 環內的恩克縫則是由約翰.恩克在1837 年發現的。