好薄的土星環！

太空僧

發現土星環

距今400 多年前，也就是1610 年7 月的一個晴朗夜晚，伽利略將他的望遠鏡對準了土星。雖然明亮的土星自古以來就為人熟知，但直到望遠鏡發明時，人類才有機會仔細端詳它的樣貌，而伽利略就是第一個通過望遠鏡觀測土星的天文學家。

由于望遠鏡剛發明不久，分辨率有限，伽利略錯誤地把目鏡中看到的極為模糊的土星環，當成了土星的兩顆衛星。他寫信將這個發現告訴了托斯卡納大公美第奇。

到了1612 年，伽利略發現土星的兩個“耳朵”慢慢消失不見了。他感到非常困惑，形容這是種新奇的現象，猜測也許是土星把兩顆小星吞噬了。

現在我們知道，這是由于土星和地球一樣有一個傾斜的自轉軸，不同的時間會看到不同角度，當土星環正好以側面對著地球時，看上去就像消失了一樣。這種現象每13～15 年就會出現一次，下一次將出現在2025 年。

然而，這對當時的伽利略來說簡直就是個猜不透的異象。尤其是當1616 年土星的兩個“耳朵”再次出現在他的望遠鏡中時，伽利略感到更加困惑了，他意識到這個像雙臂一樣的突出物并不是圍繞土星運行的行星，而是完全不同的什么東西。

隨著望遠鏡工藝的提升，行星的影像越來越清晰。1655 年，荷蘭天文學家克里斯蒂安·惠更斯用自己設計的43 倍折射望遠鏡仔細觀察土星，終于解開了土星“耳朵”的謎團。他正確地推斷這實際上是一個與土星沒有接觸的、又薄又平的環狀物。不僅如此，他也是發現土星的第一顆衛星土衛六的天文學家，因此后來前往土衛六的探測器便以他的名字命名。

1675 年，意大利- 法國天文學家卡西尼利用反射式望遠鏡確定了土星環是由多個同心環組成的，它們之間有極窄的間隙，其中最大的間隙后來被命名為“卡西尼縫”，而第一個環繞土星進行長期觀測的航天器也被命名為“卡西尼號”。

只有土星有光環嗎？

事實上，土星不是太陽系中唯一有行星環的行星，巨大的木星、神秘的天王星和寒冷的海王星也都有行星環，只不過沒有土星環那么明亮，需要太空望遠鏡才能觀察，木星環甚至要小型探測器掠過時才能看到。

這些擁有光環的行星都有兩個共同點。首先，它們離太陽較遠，構成行星環的物質不易被太陽影響；其次，這些行星自身的質量較大，引力較強，能夠將行星環都束縛在身邊。

為什么土星環那么薄？

看上去像光盤一般絲滑而又絢麗的土星環，實際上是由無數冰塊和塵埃微粒構成的。這些微粒的直徑從幾厘米到幾米不等，以極高的速度圍繞土星旋轉。

土星的直徑有11.6 萬千米，相當于9 個地球并排在一起的寬度，而土星環的平均厚度只有10 米，好比人和一個細菌的差距。為什么土星會形成如此薄的環呢？

第一個原因是“角動量守恒”。

其實在最開始，土星環并沒有這么窄，大量的冰塊碎片分布在土星赤道兩側很寬的一個范圍里，并在土星的引力作用下，圍繞土星旋轉。旋轉的方式也與我們想象的不同。

這樣一來，大量碎片因為飛行角度各不相同，向上飛的和向下飛的會不斷撞擊在一起，兩股力量相互抵消，從而使撞擊后的碎片飛行角度都變小了。隨著大量碎片之間的不斷碰撞，土星環的分布范圍也越來越窄，最終變成薄薄的一層。

第二個原因是“牧羊衛星”。

土星環的形態，與其中運行的衛星密切相關。天文學家將此類衛星叫作“守護衛星”，也叫“牧羊衛星”。它們就像是放羊時負責圈住羊群的牧羊犬，當土星環中的碎片企圖沖到環外時，它們較大的引力會將“逃兵”拉回到隊伍中。

土星環是怎么形成的？

對于土星環的形成，目前有三種觀點。

觀點1，土星環是以前某個衛星的軌道下降至土星的洛希極限內，被潮汐力撕裂成碎片而形成的。

觀點2，土星環碎片是大質量的彗星或小行星擊中土星或土星的衛星后，解體形成的。

觀點3，土星環早就存在，是土星形成之初遺留下來的原始星云物質形成的。

土星環里的縫隙

土星環的亮度并不均勻，有幾條暗淡的縫隙將土星環分割成了好幾個同心環，其中最顯眼的縫隙要數“卡西尼縫”了。這些縫隙的形成與在土星環中運行的衛星有關，衛星的引力作用改變了微粒的軌跡，將經過的區域“打掃”得干干凈凈，因此形成了巨大的縫隙。

土星環會消失么？

我們對行星環的認識還很有限，有很多謎題尚未解開。我們不但不清楚土星環是什么時候形成的，也不知道它們能維持多久。不過，科學家普遍認為行星環并不會維持很長時間。微粒碎片會在碰撞和引力的作用下，像下雨一樣不斷落向行星，或被流星體撞出軌道消失在太空中。隨著時間的推移，行星環終將完全消失。“卡西尼號”探測器傳回的數據表明，土星環也許會再存在一億年。

與行星本身的壽命相比，行星環的存在很短暫，因此，在億萬年的時光中恰好與這道獨特而美麗的風景線相遇，我們也十分幸運。