土星的光环是如何形成的?
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发布时间：2022-08-30 22:16
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时间：2024-04-07 12:00
土星是我们太阳系的第二大行星，大到可以容纳下700个地球。土星周围还环绕着一圈十分漂亮的土星环。因为这两个特点，不论是普通观星者还是天文学家，都可以轻松地从天空中认出土星。土星并不是唯一一个拥有行星环的星球，木星，天王星和海王星也拥有星环。但是它们的星环都不及木星环明亮和集中。
当伽利略在1610年第一次观测到这颗行星时，他把木星环误认为是两颗位于木星两边的卫星。通过进一步观察，他发现星环常常因为与地球倾斜角度或者视线的变化而改变形状或者直接消失不见。从那以后，科学家开始沉迷于研究这种现象并且渴望破解它的构成。
(图源: Nasa.gov)
土星环并不是一圈圈的太空岩石，而是真的由物质组成，这些物质小到细沙，大的能有一座山的大小。土星环的主要组成成分是水和冰的混合物，同时，经过成千上万年流星的撞击，这些星环又捕获了成吨的岩石。
有好几种假说可以解释土星环的形成。
有一种假说认为，土星附近的流星和小行星屈服于这颗巨大行星无法逃脱的引力，被撕成碎片，从而形成了土星环。一些小行星甚至可能撞击到土星，从而产生的碎屑和灰尘落入到土星轨道，从此再也没有离开。
也有一种可能就是一场撞击导致另一场撞击，形成撞击的链式反应，大块的碎片不断变成更小的碎片，直到这个系统形成一个稳定的局面。尽管这个理论可以解释土星环的岩石成分，但它解释不了占了土星环90% 的冰水混合物的形成。
(图源: NASA, ESA, J. Clarke / Boston University)
另一种现在十分流行的假说认为土星环是土星卫星残留物。与它的邻居相比，土星拥有为数众多的卫星----有大概60个这么多！但是，土星的大多数卫星----除了泰坦----都非常小，只有13颗的直径超过了50千米。
一种可能是在45亿年前，土星的原始卫星形成了，但这颗卫星没能获得稳定的轨道，最终落向了木星。撞击磨去了卫星的表层，只留下一个岩石的核。我们估计，这个剩下的核也在一万年左右的时间里向木星跌落，从而产生了数量巨大的灰尘加入星环的行列。
(图解: Kevin Gill / Wikimedia Commons)
土星的木星----就像木星的卫星----都拥有硬冰的成分。所以，这个理论可以解释为什么木星环主要由冰和水构成。水是由冰融化形成的，这也解释了木星环体积的缩小。
土星不只有一个星环，而是拥有好几个互相独立的星环。星环之间的区分说明土星被许多小环组成的星环环绕着。这些小环被根据它们发现的顺序命名：环A，B，C是最早被发现的，它们组成半径依次渐小的同心圆。接着，旅行者1号在1980年发现了最内层的D环。F环在A环的外层，G和E环位于离木星最遥远的地方。
(图源: NASAJPLSpace Science Institute)
这些表面被抢走的悲惨卫星幸运地存活下来，并且依旧影响着星环的结构和成分。卡西尼号探测器发现有一些卫星沿着它们的运动轨迹抛出物质，这个行为在G环的形成过程中很明显。同样，土卫二（恩赛勒达斯）也参与了E环的形成。
上述假说可以解释这其中一些被观察到的活动，但另一些被观察到的活动仍旧被谜团笼罩。另一个异常现象是，即使这些星环没有人们一贯认知中的外太空物体那样厚，它们之间的空隙和距离仍在数千英里的尺度上。
当伽利略将他的望远镜指向头顶的灿烂星空，他的好奇心和刻意的努力都是这个震惊世人的发现中不可或缺的。这种在绝对的黑暗中穿梭并且最终把目光落在了这个壮丽的行星上行为，有一种不可言说的超自然特征存在其中。对我来说，说是上帝慷慨地将这个行星赐予我们，将这个行星独特，渐进和美丽的创作过程变成一个黑盒子，任何试图窥视的尝试都被拒绝了。
(图源: NASAJPL-CaltechSSI )
土星和土星环的形成让我想起了尊敬的天文学家和科学作家卡尔·萨根在他的书《接触》中写下的一些文字。这些文字是书中的主人公----他也是一位天文学家----的一段针对被孩童质疑和追寻，以及科学 探索 之美的对话：
“这位神学家似乎认识到一种神圣之感的特殊性。他把这种非理性的神圣之感称之为‘本性敬畏’。面对神秘之震惊，人们感觉自己完全成了微不足道的，如果我理解得不错的话，这可不是说个人自己的异化或疏离。他把这个本性敬畏视为一种‘完全外在的他物’，而把人类对它的反应，视为‘绝对惊恐’。现在，如果当宗教的信徒使用类似神圣、神明这样的字眼儿的时候，指的就是这种精神状态，那么我同意，他们就是这样。我认为，官僚机构化的宗教就是试图把你的本性敬畏之感制度化、*化，而不是给你提供方便，让你自己直接感受本性之敬畏——就像通过一架口径六英寸的望远镜向外观察一样。”
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