太阳系有八大行星,从内测向外数第六位就是土星了。土星是太阳系里质量仅次于木星的气态巨行星。但同时它的密度比水还低,是一颗质量很轻的行星。比如,把土星放到一个足够盛下它的水池里,会发现它可以浮在水面。
然而提到土星,就不得不提众所周知的巨大土星环了,它基本称得上是土星的代名词了。那么土星环是怎么形成的,半径大小又能让人惊异到何种程度呢?
本篇文章笔者就这个疑问为调查中心,相继展开一系列疑问,有兴趣的读者一定要来看看!
土星环究竟是什么?
作为土星代名词的土星环,究竟从何而来?
土星自身体积之庞大,在地球可以裸眼观测,但可惜的是土星周围的环状是裸眼观测不到的。
调查表明,其主要成分中水和冰粒子占了99.9%,其余还包含了托林和硅元素。(注:托林是甲烷,乙烷等简单结构有机化合物在紫外线照射下形成的共合分子)构成主环的粒子,小到微米(μm)大到10m以上。
最初人类发现土星环的时候,只能通过观测知道它的形状像一个环状物。但如今随着科学的发展我们已经能很明确的认知土星环的性质。
接下来我来说说土星环的观测史吧。
土星环的观测历史
首次观测到土星环的是著名的伽利略(Galileo Galilei),他于1610年用望眼镜捕捉到了土星环。但由于受限于当时望眼镜的性能,他并没能够正确的认识“环”的性质。
他在写给科西莫二世·德·美第奇(Cosimo II de'Medici)的信中提到,“土星是三个星体的结合体”也就是说伽利略认为观测到的“环”是星体。看来即使是提出了“日心说”的学者也很难正确的观测宇宙呢。
图解:卡西尼-惠更斯号于2006年9月15日拍得的土星环全貌(亮度在这张图中被强化)
而首次真正把这些集合体确认为“环”的天文学家是克里斯蒂安·惠更斯(Christiaan Huygens)。他在1655年自制了望远镜,其性能比伽利略所使用的高出50倍,并且以此确认了土星是被巨大的“环”围绕起来的既定事实。
图解:黑暗的卡西尼缝分开了在内侧宽广的B环和外侧的A环,这张影像是哈勃太空望远镜的先进巡天照相机在2004年3月22日拍摄的,较不明显的C环就在B环的里面。
随后,乔凡尼·多美尼科·卡西尼(Giovanni Domenico Cassini)发现,土星的环是由众多小环和环之间的巨大空隙构成的。他最初发现的土星环空隙,最远的高达4800km,被命名为“卡西尼环缝”。“卡西尼环缝”间距4800km意味着多大呢?大到,它可以装下整个月亮。
“环”是如何形成的?
那么,究竟土星环是如何形成的呢?其实关于这一点众说纷纭。
以前的主流说法是曾经围绕土星公转的卫星“真理”(Veritas)超过了洛希极限,由于潮汐力的作用化为齑粉,形成了“环”。现在的主流说法有了转变,40亿年前在“后期重轰炸时期”(众多陨石和小行星冲撞太阳系行星的时期),直径400—600km的卫星大规模冲撞破坏形成了“尘埃环”。
(注:何谓洛希极限? 洛希极限是指在不破坏行星和卫星前提下,能接近主星的最小限界距离。 如果小于这个距离,那么受潮汐力影响会摧毁行星和卫星。地球和月亮的关系也是如此,如果月亮进入了地球半径3倍以内的距离,月亮就会被潮汐力所碎散。 然而确实有一部分处在洛希极限中的天体并未碎散。比如木星的卫星“木卫十六”和“木卫十五”,由于质量很小,所以受潮汐力的影响也很有限。即使处在洛希极限的位置也并没有被碎散而是继续围绕金星公转。)
(木卫十六)
土星环有多大?能吞下几个地球?
土星本身就是个巨大的行星,当然土星环也必不会小。那么,会有多大呢?虽然称作一个整体的土星环,但实际上它是由众多环重叠而成的。简单的说一下构成。
(土星环的侧视图)
土星最内侧的环是“D环”,它距离土星中心位置在66900—74510km之间。于此对应的是土星最外侧的“菲比环”(Phoebe)。现今研究认为菲比环距离土星的距离在600—1600万km之间。所以,也就是说,土星环的范围在1600万km左右。
地球的直径只有13000km,也就是说可以横向容纳1000多个地球。
另外,地球和距离其最近的行星——金星,之间,最接近时大概是4000万km。如果把土星放到地球旁边,差不多土星环可以到达地球和金星距离的一半位置。
而且今后随着观测技术的提高,土星环的范围可能还会“增大”,如果把“环”也包含在内,那么就可以说土星才是太阳系中最大的行星了。
总结
土星的“环”基本是由水和冰构成的,但它是怎么生成的依旧需要研究探讨。
就我个人而言,对“土星环”抱有非常浓烈的兴趣,如果到了能够自由太空旅行的时候我想第一个就去亲眼看看土星环。顺便说一句,我特别喜欢“卡西尼环缝”这个词。这是人气游戏“超级机器人大战”里魔装机神扎米兹德的必杀技。恐怕没几个人能和我有同感啦。我自己也没想到玩着玩着游戏竟然对天文宇宙产生了浓厚的兴趣。
图解:艺术家在2007年描绘的土星环影像,冰冷的微粒聚集成环的固体部分。细长的丛集不断的形成和分散,最大的颗粒也只有几米的直径。
另外,还有“土卫二”和“土卫六”这两个最有可能存在生命的土星卫星——即使在天文学家也特别感兴趣的领域,我想能够通过自己的研究改变历史!
相关知识延伸阅读
土卫二又称为“恩赛勒达斯”,是土星的第六大卫星,于1789年为威廉·赫歇尔所发现。在旅行者号于1980年代探测土星之前,人们只知道土卫二是一个被冰覆盖的卫星。旅行者号显示土卫二直径约为500公里(相当于土星最大的卫星土卫六直径的十分之一),而且其表面几乎能反射百分之百的阳光。
图解:卡西尼号所拍摄到的土卫二,影像接近真实色彩。
旅行者1号发现土卫二的轨道位于土星E环最稠密的部分,表明两者之间可能存在某种联系;而旅行者2号则发现:尽管该卫星体积不大,但是在其表面既存在古老的撞击坑构造,又存在较为年轻的、地质活动所造成的扭曲地形构造——其中一些地区的地质年代甚至只有1亿年。