土星光环之谜,是怎么形成的

小深

　　土星光环之谜,土星光环是怎么形成的　　太阳系中包含八大行星，其中土星可算得上是太阳系中最独特的一颗行星了，土星最让人叹为观止的就是那美丽的土星环，早在1610年伽利略用望远镜第一次观察到了土星光环，但是土星光环总是时隐时现，有时隔了好几年才又重新看到。那美丽的土星光环是怎样形成的呢?接下来就由小编为大家揭秘土星光环之谜吧!



　　土星光环之谜


　　在太阳系所有的行星中，论体重,论个头,土星都是老二，仅 次于木星。地球和 土星比起来，简直 小得不得了，745 个地球加起来才 顶得上一个土星。但是，土星只是一 个虚弱的胖子，它的平均密度只 有0.7克/厘米，比水的密度还要 小。如果把所有行 星都扔进水里，那么像皮球一样浮上来的准是土星。但土星有一道奇特的景观，那就是美丽的光环。这光环像一条亮 灿灿的项链一样挂在土星的脖子上。1979年，先驱者11号探测器 飞临土星上空，发现土星光环像一张密纹唱片，由大小不等的小石 块、冰块组成，它们排列得密密麻麻，一起围绕土星旋转。从地球上看去，土星光环的形状老是在发生变化，有几年甚至会消失。这是怎么回事呢?




　　






　　原来，这是由光环的形状决定的。土星光环的宽度达27万千 米，而厚度只有10千米，宽度和厚度的比例使它看上去就像一只十 分宽大但很薄的纸环。当这纸环正面朝向地球时，人们只能看到 像纸一样薄薄的一条线，纸环几乎就处于消失的状态。难怪17 世纪初意大利天文学家伽利略在观察土星时，会以为自己看花了眼：土星两侧怎么多出两个耳朵一样的东西呢?




　　自从十七世纪中期荷兰科学家惠更斯发现土星的光环后，它一 直是天文学家最喜欢观测的对象之一。人们一直试图搞明白：土星 光环是怎样形成的?为什么土星光环可以细分出不计其数的细环? 一个个的奥秘等着科学家去解开。




　　






　　卡西尼号探测器进入土星轨道




　　美国东部时间2004年7月1日中午时分，历时7年飞越了35亿公里的卡西尼号探测器终于成功地泊入了土星轨道，开始了它长达4年的对土星、土星卫星和土星光环的探测。自从1610年伽利略第一个把望远镜指向天空时，土星就给人们留下了一个巨大的谜团。伽利略看到土星不象一个单独的发光体，它的形状犹如三联星，紧靠着大星的两侧附有两颗小星与中心联成一条直线。伽利略连续观测了三年，发现土星的这种形状没有什么变化，于是断言土星有两颗卫星，不过这两颗卫星丝毫不动地固定在土星两端。但是接着观测下去却发现这两颗卫星竟然完全消失了，过一段时间后又出现，而且看到了更多离奇古怪的土星形状。伽利略对此无法解释。




　　






　　荷兰物理学家惠更斯用倍数更高的望远镜观测木星后确认伽利略所描述的土星附属物决不会是两颗卫星，不过他真的发现了一颗土星卫星，后被命名为提坦。这是迄今所知土星总共31颗卫星中最大的一颗。1656年3月5日惠更斯公布了他对土星形状之谜的解答。不过这个解答是以谜语的方式公布的，惠更斯的这个解答某种程度上带来了更大的迷惑。




　　1675年著名天文学家卡西尼观测到惠更斯的土星光环实际上是双重的，内外两重环之间被一条黑暗的缝隙分隔，此缝现在被命名为卡西尼缝。卡西尼猜测土星光环可能由无数小颗粒组成，但当时及以后两百年里的天文学家们都认为土星光环是固态的，卡西尼缝只是固态环上的一个暗黑的标记。直到1856年英国著名物理学家麦克斯韦用力学理论证明，土星光环如果是固体的或液体的，那么它在转动时万有引力将会把它撕裂，它如果是由无数小的固定颗粒构成，在力学上就是稳定的。通过以后的望远镜和行星际探测器的观测，获得了更多的土星光环的细节，当然也证实了卡西尼的猜测和麦克斯韦的理论预言是正确的。




　　






　　人们对这次的卡西尼号探测器也寄予厚望，不仅希望它揭示更多土星家族的谜团，还希望从对土星光环系统的观测中探索出太阳系起源和行星系统形成的秘密。卡西尼号还携带了一艘着陆器，六个月后当卡西尼号接近提坦时将把着陆器释放到这颗木星最大的卫星上，着陆器以提坦发现者的名字惠更斯来命名。




　　时隐时现的土星光环




　　在太阳系中，土星被誉为美丽的天体，它戴着的光环曾被认为是不可思议的奇迹。科学家经过大量研究发现，在太阳系九大行星中，不仅土星戴着光环，而且木星、天王星和海王星也是戴着光环的。




　　






　　1、在这4颗戴着光环的行星中，土星的光环最为壮观和奇丽。历史上首先发现土星光环的是意大利天文学家伽利略。1610，伽利略用刚刚发明不久的天文望远镜观测土星，发现它的侧面仿佛有一些什么东西。遗憾的是，直到他去世，也没有弄清楚那些东西究竟是什么玩意儿。




　　2、1655年，荷兰天文学家惠更斯终于搞清了土星光环形状不断变化的原因：那是因为它以不同的角度朝向我们。当我们恰好从它的侧边看去时，薄薄的光环就仿佛隐而不见了。土星光环厚约10余公里，宽约6.6公里，它可以细分为几个环带，中间夹着暗黑的环缝。




　　






　　3、1977年3月10日，包括中国在内的许多国家的天文学家，各自观测到了一次罕见的天文现象天王星掩恒星。观测的结果使科学家们大为惊奇：在天王星遮掩恒星之前，人们已经观测到一组掩，在天王星本体掩星之后，又观测了另一组类似的掩。造成这些掩的，原来是围绕着天王星的一些光环。这些环都极细，而且彼此都离得较远。1986年1月，美国发射的旅行者2号宇宙飞船飞越天王星时，又发现了几个新的环带。现在，已经知道天王星共有11道环。




　　4、旅行者1号是1977年9月发射的，1979年3月初，它从离木星大约27.5万公里处掠过这颗巨大的行星，发现木星也有一群细细的环。木星环厚约30公里，总宽度超过6000公里，光环与木星的中心距离约12.8万公里。




　　






　　土星环状结构是怎么形成的




　　土星环是太阳系行星的行星环中最突出与明显的一个，环中有不计其数的小颗粒，其大小从微米到米都有，轨道成丛集的绕着土星运转。环中的颗粒主要成分都是水冰，还有一些尘埃和其它的化学物质。




　　虽然环的反射能够增加土星的亮度，但从地球仅凭裸眼还是看不见环。在1610年，当望远镜第一次指向天空之际，伽利略虽然未能清楚的看出环的本质，但他还是成为观察土星环的第一个人。在1655年，惠更斯成为第一个描述环是环绕土星的盘状的人。虽然许多人都认为土星环是由许多微细的小环累积而成的(这个观念可以回溯至拉普拉斯)，并有少数真实的空隙。更正确的想法是这些环是有着同心但是在密度和著亮度上有着极值的圆环盘。在丛集的尺度上，圆环之间有许多空洞的空间。




　　






　　在环的中间有一些空隙：有两条已经知道是与被埋藏在环中的卫星产生轨道共振引起的波动造成的，其它的空隙还不知道成因。稳定的共振，另一方面，也维系了一些环长期的存在，像是泰坦环和G环。土星环结构是由不同尺寸颗粒构成，不同色彩代表着不同颗粒尺寸，绿色是最小的颗粒。目前，科学家最新研究表明，土星环中冰晶和岩石分布结构是颗粒反复碰撞分离形成的，多数构成颗粒直径小于1米，较大尺寸的颗粒非常少。




　　最原始的土星环状结构大约是现今环状结构的10-100倍，随着时间的推移，环状结构外层的冰物质与土星的微小卫星合并在一起。因此，由于无名巨大行星与氢气层的碰撞产生了壮观的环状结构，并孕育了新的卫星。




　　科学家认为氢气层是导致该无知巨大卫星毁灭的主要原因，同时，形成一个壮观的环状结构，这是宇宙谋杀事件的证据。该巨大卫星毁灭后其残留物质继续环绕土星，一种冰层结构开始环绕土星，由此土星环状结构诞生。




　　






　　土星神秘的光环之谜已揭晓，最新研究称，土星环状结构形成于一次宇宙谋杀事件，受害者是一颗45亿年前消失的无名巨大卫星。科学家认为氢气层是导致该无知巨大卫星毁灭的主要原因，同时，形成一个壮观的环状结构，这是宇宙谋杀事件的证据。该巨大卫星毁灭后其残留物质继续环绕土星，一种冰层结构开始环绕土星，由此土星环状结构诞生。该项研究负责人是美国科罗拉多州西南研究学会的天文学家罗宾-坎图普(Robin Canup)说：土星是一个帮凶，并促进形成目前的环状结构。目前，这项研究发表在近期出版的《自然》杂志上。




　　之前一项主流理论认为土星的众多卫星彼此碰撞，产生的残骸从而形成环状结构。然而，这一理论现被证实不具合理性，因为事实上土星环状结构95%成份是冰。罗宾称，我认为一定是一颗较大卫星剥离其外层冰物质形成环状结构。她的理论暗示着氢气层帮助建立和摧毁这颗无名巨大卫星。罗宾指出，这颗无名巨大卫星可能在气体盘的引力下冲向土星。这一死亡螺旋碰撞过程持续了1万年，它将更好地解释土星环状结构的起源。




　　






　　依据罗宾的计算机模型，土星在足够远的距离时就将这颗巨大卫星的冰层剥离，这些冰物质诱捕于环状结构中。最原始的土星环状结构大约是现今环状结构的10-100倍，随着时间的推移，环状结构外层的冰物质与土星的微小卫星合并在一起。因此，由于无名巨大行星与氢气层的碰撞产生了壮观的环状结构，并孕育了新的卫星。




　　罗宾说：这一理论将有助于解释土卫三的形成，这颗奇特的内部卫星并不能适应其它卫星形成理论。土星共有62颗卫星，其中53颗已被命名，前不久，美国宇航局卡西尼探测器进行规律性勘测时发现了一颗新卫星。罗宾说：该项理论并不能解释太阳系内其它卫星环状结构的形成原理，比如：木星、海王星和天王星，它们的环状结构可能以不同的方式形成。




　　






　　土星为什么拥有美丽的光环




　　就目前而言的解释也都来自于科学家的猜测，但是这些猜测并非毫无根据，一般认为土星的光环其实可分成几个不同的部分,最明亮和最宽阔的是A 环和B 环，而较暗的是 C 环光环的各部分之间有明显的裂缝,最大裂缝的是 A 环和 B 环 间的卡西尼裂缝,它是由乔凡尼卡西尼在 1657 年发现的，而A 环内的恩克缝则是由约翰.恩克在1837 年发现的。




　　






　　通过飞船的探测,人们还发现较宽的光环其实是由许多狭窄的小环组成的。目前来看土星环形成的原因可能来源于一颗卫星，由土星引力产生的起潮力能瓦解一颗卫星甚至瓦解一颗进入其引力范围的行星，这种起潮力能够阻止破碎的物质结合成一颗新的天体，而这些破碎的物质逐渐演变成一道光环，围绕土星周边。




　　而近年来天文学家发现，土星光环主要由冰构成(95%)。因此，它很可能是一颗冰壳卫星与土星外围物质相撞后的结果。这颗死星其他部分因重量较大而坠入土星大气层，而还有一种说法是土星环是太阳系演化初期残留下来的某些原始物质，因为在洛希极限内绕土星公转，而无法凝集成卫星，最终形成了我们今天看到的光环。




　　






　　结语：在望远镜中，太阳系中的一颗土星就像一顶草帽，环绕土星周围的一圈圈光环才是它的最大亮点。但是至今土星光环还需要科学家们花费时间不断探索，因为实在还有太多谜团尚未揭开!