土星光环(土星光环是什么物质)

探索土星光环：它到底由什么组成的？又有多少历史了？看完才知道

如果你有一艘宇宙飞船，它可以带你去宇宙中的任何地方，你会选择去哪?你会去火星上寻找外星人吗？或许你会去水星上晒个日光浴？或许你会去更远的地方参观那颗带有迷人光环的美丽星球吗？我们正在说什么？当然是土星！

图解：土星和地球大小的概略比较。

每当学生们第一次研究行星时，土星总是让学生们着迷，这主要是因为它周围明亮的光环。但是，土星并不是唯一一颗具有光环的行星。木星 天王星和海王星也有光环，但这些行星中没有一颗能吹嘘自己的光环如第二大行星土星那样壮观明亮。

图解：卡西尼号看见的土星，通过环看见的土星呈现蓝色。

土星有7个主要的环群，每一个环群都被的空间所分隔每个主环群由成千上万个较小的环组成，它们被称为小环。主要的环群是按字母顺序命名的：A B C D E F和G。然而它们同时又是按被发现的顺序命名的，所以从土星开始向外移动，它们的顺序是D C B A F G和E。

图解：航海家1号发现北极区的六边形云彩特征，并在2006年被卡西尼号太空船证实。

土星的光环十分庞大。最大环群的直径超过17万英里。虽然，它们可能会比较宽，但是相对来说它们的厚度比较薄。大多数环的厚度不超过650英尺。

第一个看到土星环的天文科学家是伽利略。从1610年起，天文学家们就试图了解更多关于土星的独特特征。

图解：土星环是太阳系中最引人注目的景象（这张影像是卡西尼太空船在2007年拍摄的）。

虽然光环看起来是实心的，但实际上它并不是。恰恰相反，它们是由无数漂浮的冰块 岩石和尘埃组成。这些颗粒大小不一，它们的大小介于一粒沙粒与一所房子之间。

土星光环并非静止不动的，相反，它们以非常高的速到围绕土星运动。它们也不是标准的圆，由于土星卫星的引力作用，环中产生了各种倾角与弯曲。

多年来，天文学家一直对土星环的成因感到困惑。现在，天文学家认为土星环的粒子很可能来自彗星或小行星于土星众多卫星的碰撞。我们所居住的的地球只有一颗卫星，但科学家已确认至少有60颗卫星围绕土星运行，这些卫星的碎片散落开来便形成了我们今天看到的土星光环。

通过卡西尼号宇宙飞船对土星的持续探索，天文学家对土星及其光环了解的也越来越多。卡西尼号于1997年离开地球，2004年到达土星。从那时起，卡西尼号就一直环绕土星飞行，不断向地球传送图片和信息。多亏了卡西尼号，天文学家们才相信土星光环可能和太阳系一样古老，大约有40亿年的历史。

图解：B环上的轮辐，这幅影像是航海家2号在1981年拍摄的。

土星环是太阳系所有行星中面积最广的环系。它们由无数颗粒组成，大小从微米到米不等，并围绕土星旋转。这些环状颗粒几乎由水和冰构成，含有少量岩石物质。但是关于它们的形成机制天文学家们依然未达成共识。尽管理论模型表明这些光环可能形成于早期的太阳系，但来自卡西尼号的新数据表明它们形成的时间相对较晚。

图解：卡西尼号于2013年7月拍摄的土星日食，此时地球位于土星的右下方。

虽然光环的反射增加了土星的亮度，但在地球上，仅凭肉眼是看不见的。1610年，也是伽利略将望远镜对准天空的那一年，他成为了第一个观察到土星光环的人，但他看得并不是很清楚，无法看清光环的本质。1655年，克里斯蒂安惠更斯是第一个将它们称之为土星光环的人。

图解：土星冲日的日期及模拟影象：2001年-2029年

虽然很多人认为土星的光环是由一系列的小环组成的（这个概念可追溯到拉普拉斯），但是这条理论与实际还是有偏差的。更准确的理解是可以把这些环视为具有同心局部最大值和最小密度及亮度的环形圆盘。在环内的团块一定程度上具有很大的空隙。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. wonderopolis- Hannah

如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处

土星正在“吃掉”自己的光环！历史上对它的探测从未停止

出品：科普中国

制作：刘博洋

监制：中国科学院计算机网络信息中心

发表在新一期美国行星科学期刊《伊卡洛斯》上的一项研究显示，土星正在\"吃掉\"环绕运行的土星环！

土星的引力正在将土星环中由水冰组成的颗粒吸入上层大气，在这种引力的作用下，土星环会在3亿年后消失。如果将美国土星探测器\"卡西尼\"号发现的落向土星赤道的\"环雨\"（在重力的作用下，土星环中的尘埃颗粒和其它材料在不断地降至土星地表）考虑在内，土星环将会在1亿年内消失。

这个正在逐渐消失的土星环主要由水冰构成，所以显得格外耀眼。长久以来，闪亮光环吸引着包括伽利略在内的众多天文学家的目光，也让他们困惑了几个世纪。

凝视土星

太阳系几大亮行星\"金木水火土\"之一的土星，自古为人所知。它的英文名Saturn来自罗马神话中农神之名，这与其以\"土\"命名的中文名字似有暗合。

这颗土黄色光泽的行星，直到近代望远镜发明之后，才开始向世人揭示它的神奇魅力。1610年，意大利天文学家伽利略率先将望远镜指向了土星。

他发现土星并不止有单一圆面，在其两侧似乎有一对对称的突起。伽利略的望远镜分辨率有限，他在手绘图中将这对突起绘成两个比土星本体稍小的圆圈，并认为这是土星的两颗卫星。1612年，伽利略发现\"两颗卫星\"不见了；不过没用多久，努尔哈赤建立后金同年的1616年，土星光环再次出现在了伽利略的手绘中，这次他绘制出了一个圆环形状，只是在他的手绘图中，圆环上下两端都被土星遮盖，显示出伽利略当时还是没有搞清光环围绕土星的事实。

伽利略手绘土星，上图绘于1610、下图绘于1616年

1659年，荷兰天文学家惠更斯使用成像质量更好的望远镜对土星进行了观测。他正确地解释了土星光环发生变化的原因：光环在空间中指向固定的方向，当它在一个\"土星年\"（大约30个地球年）中以不同的取向朝向地球时，我们会看到光环由丰盈到消失、往复循2环的过程。

惠更斯还发现了土星最大的卫星，现名为土卫六的\"泰坦\"（Titan）。不到20年后，天文学家卡西尼发现土星的另外4颗卫星，还首度观测到土星光环最显著的特征、现在被称作\"卡西尼环缝\"的物质稀疏区域。

示光环角度随时间的变化，图中明显可见卡西尼环缝

土星光环的本质让几个世纪的天文学家感到困惑。19世纪，美国天文学家基勒指出，土星光环由不连续的很多微粒组成，并非单一连续刚体——这在我们今天看来，是显然的，没有任何物体能承受那么大的剪切力而不碎裂。这在1981-1982年旅行者一号、二号探测器飞越土星之后，变得再明显不过：旅行者号对土星光环所摄得的照片中，我们已经发现了土星光环微粒在引力扰动下所呈现的一些暂现形态，一个动态的、有生命力的土星光环已经呼之欲出。

土星和变化之中的土星光环F环

土星之春

两次短暂的飞越不足以解答人们对土星的种种好奇。从80年代末开始，NASA开始计划一次对土星的长时间环绕探测任务，卡西尼号任务计划逐渐浮出水面。经过几年的研发与准备工作，1997年10月15日，一枚泰坦IVB型火箭将卡西尼-惠更斯探测器送入太空。

经过几次内太阳系的重力助推操作，2004年6月，土星北半球的隆冬时节，卡西尼号进入了土星轨道。半年之后，惠更斯号土卫六着陆器与卡西尼号分离，卡西尼号开始了孤独而不寂寞的旅行。它的基本任务长度为4年，在那之后，卡西尼号在土星北半球的春天来临之际，执行了长度为2年的\"春分点任务\"。2010年起，健康状况良好的卡西尼号又踏上了长达7年的\"夏至点任务\"，这持续到了今年4月。自那之后的5个月，卡西尼号踏上了视死如归的最后旅途，\"伟大终章任务\"。

卡西尼号任务跨越土星北半球的冬、春、夏三个季节，这样长时间的观测让我们有足够耐心，静静观察土星的阴晴变化。

上图为土卫十六与F环，下图为春分附近的土卫三十五与基勒环缝

在土星光环的罅隙中，卡西尼号发现了土星光环层次分明的条带结构形成和保持的原因：土卫十六\"普罗米修斯\"（Prometheus）在暗弱的F环内侧绕土星公转，只有139千米长的这颗小卫星长的像个土豆，所到之处在F环中掀起阵阵波澜，仿佛驱赶羊群的牧羊犬一样驱赶着环中的微粒——这被称作光环中的\"牧羊犬卫星\"。另一颗大小、形状都差不多的小卫星土卫三十五\"达佛尼斯\"（Daphnis）占据了另一条赛道：它在明亮的A环外边缘，独自开垦出了一条整洁的小径——基勒环缝。它也时不时用它看似微弱的引力在小径两边卷起一些风浪：\"春分点任务\"中，卡西尼号借助2009年土星春分日附近太阳侧照光环的宝贵时机，拍下了土卫三十五在基勒环缝两边卷起的、高出光环平面的\"浪花\"在光环上的影子，让我们得以更直接测量出它的漫步对光环的影响究竟多大。旅行者号只窥得一目的光环变迁瞬间，在卡西尼的眼中终于连成一支支完整的影片。

土星的美丽光环点燃了无数诗人和科学家的美好幻想。其实，在八大行星中，天王星、木星、海王星可能也曾经拥有行星环，只不过现在已经不明显了。在我们叹息土星环消逝的同时，或许能够看到它便是一种幸运。

土星环直径超60万公里，平均厚度30米，咋形成的？地球也曾有一个

太阳系八大行星中有4颗行星有行星环，分别是木星、土星、天王星和海王星。其中以土星的行星环最为明亮和壮观，土星也正因为这一道行星环而被认为是太阳系中外观最为美丽的星球。

土星环是由不计其数的小颗粒形成的， 这些颗粒都是碎冰块、碎石块以及尘土等组成的，其中以碎冰块最多，大小从微米到百米都有，它们组成一条条的环带绕着土星运转，在太阳光的照耀下能够反射出十分明亮的光辉。

那么土星的光环是如何形成的呢？实际上该光环的形成原因还不十分清楚，天文学家们推测很可能是由彗星、小行星与较大的土星卫星相撞后产生的碎片组成的，而且撞击的天体的水冰含量非常大，因为土星环物质绝大部分都是水冰，也有天文学家认为是几百万年前一颗卫星在土星引力作用下与包围土星的大气相撞形成的，该星体内核岩石物质大部分坠入火星之中，但是外围的以冰块为主的部分分散后开始围绕土星运行，形成了美丽的土星光环。

当这些碎片均匀分布到土星周围，以自己的圆形轨道围绕行星运转的时候，就形成了土星环。土星环虽然看上去十分密集，环状圆盘看着十分壮观，但实际上物质分布极为稀疏，每平方米只有大约0.7克物质。

科学家们认为我们的地球也曾经形成过类似的行星环，在地球形成的初始时期，曾经有一个火星大小的星球，以较为倾斜的角度撞击了地球，该星球和地球都各自被撞掉了一部分物质，这些物质中的一部分，就在太空中形成了围绕地球运行的行星环。

不过地球这个行星环的物质分布并不均匀，其中有一块物质较为集中的区域，形成了原始的月球，之后月球不断的吸收这个行星环中的物质，并最终将其吸收完毕，所以地球的星星环就消失了，而如今的月球的绝大部分物质就来自于地球这个原始的行星环。

但是土星环并非如此，土星圆环上的物质十分均匀地分布到了土星的周围，并且各有其近乎圆形的轨道，如今土星环已经运行成了十分均匀的圆盘形，其厚度平均只有30米，最后的地方也不过150公里，然而其宽度却超过20万公里，直径超过60万公里，如果将土星和土星环的结构比作一顶草帽，那么这顶草帽的帽檐的厚度要比刀刃薄得多。

（此处已添加圈子卡片，请到今日头条客户端查看）