土星环

拼音：tǔ xīng huán

土星环是由蜂窝般的太空碎片、岩石和冰组成围绕着土星的光环。土星光环因为明丽壮观，吸引到许多天文爱好者。天文爱好者在望远镜里，可以看到三圈薄而扁平的光环围绕着土星，仿佛戴着明亮的项圈。仿佛那里是一个遥不可及的神话世界。 

 结构

土星的光环其实可分成几个不同的部分，最明亮、最宽阔的是A环和B环，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Cassini 裂缝，它是由 Giovanni Cassini 在 1657 年发现的。A 环内的 Encke 缝则是由 Johann Encke1837 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。

成因

光环的形成原因还不十分清楚，据推测可能是由彗星、小行星与较大的土卫相撞后产生的碎片组成的。 土星光环结构复杂，千姿百态。光环环环相套，以至成千上万个，看上去更像一张硕大无比的密纹唱片上那一圈圈的螺旋纹路。所有的环都由大小不等的碎块颗粒组成，大小相差悬殊，大的可达几十米，小的不过几厘米或者更微小。它们外包一层冰壳，由于太阳光的照射，而形成了动人的明量的光环。

特点

土星光环除了明亮还又宽又薄。土星环延伸到土星以外辽阔的空间，土星最外环距土星中心有10~15个土星半径，土星光环宽达20万公里，可以在光环面上并列排上十多个地球，如果拿一个地球在上面滚来滚去，其情形如同皮球在人行道上滚动一样。主要的土星环宽度从48公里到30.2万公里不等，以英文字母的头7个命名，距离土星从近到远的土星环分别以被发现的顺序命名为D、C、B、A、F、G和E.土星及土星环在太阳系形成早期已形成,当时太阳被宇宙尘埃和气体所包围,最后形成了土星和土星环。

土星光环又很薄。我们在地球上透过土星环，还可见到光环后面的侧面闪烁的星星，土星环估计最厚不超过150公里。所以，当光环的侧面转向我们时，远在地球上的人望过去，150公里厚的土星环就像薄纸一张——光环“消失”了。每隔15年，光环就要消失一次。

奇异的土星光环位于土星赤道平面内，与地球公转情况一样，土星赤道面与它绕太阳运转轨道平面之间有个夹角，这个27°的倾角，造成了土星光环摸样的变化。我们会一段时间“仰视”土星环，一段时间又“俯视”土星环，这种时候的土星环像顶漂亮的宽边草帽。另外一些时候，它又像一个平平的圆盘，或者突然隐身不见，这是因为我们在“平视”光环，即使是最好的望远镜也难觅其“芳踪”。在1950~1951年、1995~1996年，都是土星环失踪年。

新超巨环

中新网2009年10月8日电 据香港《文汇报》8日报道，美国宇航局在土星环外围再发现一个“超级巨型”的土星环，这个超巨土星环之大，足以容纳10亿个地球。

宇航局喷射推进实验室科学家利用红外线观星镜，发现这个由细小的冰粒同尘埃组成的土星环，其轨迹相对主环倾斜27度。它的温度接近摄氏负157度，结构非常松散，难以反射光线，所以至今才被发现。这个超巨土星环大部分物质在距离土星595万公里外展开，伸延至1190万公里外。

参与研究的科学家汉米顿表示：“天文学家长久以来都怀疑土星外的卫星菲碧与亚佩特斯的黑暗物质有关系，今次新发现的土星环为这个关系提供了可靠的证据。”

科学家说，“卡西尼”飞船9月17日在土星外围探测时发现了这一新光环。当天，“卡西尼”遇到了它探测土星以来最长的一次日掩期，即土星正位于飞船和太阳之间，阳光被土星的阴影所遮挡。这时候，在土星阴影中的飞船，可以观测到土星周边的许多细节。

一般情况下，“卡西尼”飞船遇到的日掩期持续不过1小时。但在9月17日，飞船的位置使其遇到了长达12小时的日掩期。科学家在“卡西尼”拍摄的土星图片中，辨认出了一条新的光环。

这一光环位于土星较亮的内光环外侧，但是在最外围的E环内侧，其位置与土星外围的两颗小卫星——土卫十和土卫十一的轨道重合。科学家说，平时在较强阳光照射下，人们只能观测到土星较明亮的光环，而在日掩期大部分阳光都被土星的阴影所遮盖，这个较暗淡的光环才能“显形”。

环绕着土星赤道的巨大光环，是这颗太阳系第二大行星最引人注目的特征。此前，天文学家总共观测到7个明显的土星环，分别以字母A至G编号，其中E环处于最外围。

消失原因

2009年的大部分时间，当你拿起望远镜观测土星时，也许你会有些失望，因为你会发现，这顶“空中草帽”中的最好看的部分——帽沿儿，也就是土星环，仿佛消失了，它变成了一条细细的直线。1610年，当伽利略将他自制的望远镜对准土星时，他看到的就是土星环将要变成一条直线时的情景。在他的望远镜里，光环的两端仿佛像两只“耳朵”，当时的伽利略并没有意识到那是土星的光环，他认为土星是由大小不一的三颗星组成的。直到半个世纪后，这个疑团才由惠更斯解开，他用更先进的望远镜观测了土星，并宣布土星具有一个光环。

消失的光环

土星环给人最为强烈的印象是：异常明亮且薄如纸。2007年初，“卡西尼”号土星探测器运行到一个可以俯视整个土星环的轨道平面上，它这时发回的照片展示了土星环整个环系的全貌，它环环相连，仿佛一圈圈色彩亮丽的跑道环绕着其间巨大的土星，此前人类未尝用这样的视角观察过土星环，科学家们因此十分激动。

根据科学家们先前的估计，如果将组成土星环的材料做成一个星球，这个由尘埃和冰构成的星球可以做得和土卫一一般大小。土卫一的直径为390千米，而土星环的宽度达25万千米，如此来说，土星环的平均厚度只有几十米。不过近来科学家们对土星环的质量和密度有了新的看法，他们发现土星环虽然看起来很平滑，但很多地方其实是由块状物构成的，这表明人们可能低估了土星环的质量和它的物质密度。

土星环的结构极为复杂，它的内侧多尘埃，而外侧则以水冰为主。它的主环根据离土星从近到远的顺序分别被命名为D、C、B、A、F、G和E。其实，土星环可以说多得数不胜数，仿佛一张巨大无比的密纹唱片，其上的光环成千上万。关于它们的形成，现在的观点有两种，一种是由法国天文学家爱德华·洛希提出的，他认为土星环曾是土星的一个卫星，后因其轨道离土星太近而被土星的潮汐力撕裂，从而形成了光环。第二种观点认为，土星环是土星形成之初原始星云的一部分，这个理论一直不为多数人所接受，因为他们认为土星环的年龄只有几百万年，至多也就一亿年，而土星则有几十亿年了，然而最新的研究却显示，土星环相当古老，它可能已经存在45亿年了。

环辨

土星环里还藏着一个不太亮的光点，那正是我们的地球

不过将土星环说成由卫星演变而成也许并没有错，通过“卡西尼”号2007年传回的数据，科学家至少在土星的一条光环——G环上找到了足以验证这个理论的依据。G环位于土星环的外侧，1979年，“旅行者”号飞经土星时偶然发现了这条环，环的附近就是土卫一，它离G环只有1.5万千米，可是G环却并没有被土卫一分解成灰尘云。现在，借助“卡西尼”号发回的数据，科学家发现，G环的内侧有一道明亮的弧状结构，它是由直径数十米的岩石构成的，正是这些岩石被不断碰撞后分解成了G环的一部分。科学家解释说，G环内曾经存在过一颗卫星，但不知是什么原因，它解体了，演化成了环，而“卡西尼”号恰巧看到了这个演化过程的最后一幕。

与G环相邻的F环也是科学家们极感兴趣的一条光环。这个环的奇特之处在于它时常改变外形使自己变成一种扭结的形态。科学家推测：F环中可能存在着尚未发现的小卫星，当它们穿过这个环时，会对环的外形产生影响。2008年6月，科学家在《自然》杂志上公布了他们对这个环的最新的研究结果，他们说，F环中确实有这样的小卫星，而且，这个环还受到土卫十六和土卫十七的影响，它们分别位于F环的内侧和外侧，其共同的作用会束缚和挤压F环，导致它发生交错现象。土卫十六还沿着一个椭圆的轨道穿行于F环，每次穿行都会在F环上拖出一道沟，由此产生的引力使F环弯曲和拉伸，从而扭结成一个螺旋的形状。科学家说，对于F环的研究意义重大，它有助于我们认识其他气体巨星的环的行为，这种复杂的环与卫星的互动关系会成为我们认识行星环的重要依据。

与F环相比，土星的A环和B环吸引了科学家们更多的视线。近年来，科学家在A环中频频发现新的块状物，它们的直径多为100米左右，其数量已达几十个之多。这使科学家们意识到，土星周围这样的小卫星非常多，可能以数百万计，而A环中的土卫十八和土卫三只是其中的最大者，这表明土星环中的物质形态除了较大卫星和较小的颗粒外，这种“中间大小”的物质亦非常重要。这一发现将有助于人类对土星环乃至于整个太阳系形成理论的重新认识。A环与B环仅一“缝”之隔，这个“缝”就是卡西尼缝。跨过卡西尼缝就是宽阔的B环，存在于B环上的最大谜团是它上面的辐射条纹，它们是一些由静电造成的尘埃云团，在20世纪80年代便被发现了，然而直到现在，对它们的解释依然是众说纷纭的。一种解释是，它们产生于土星上的雷暴和闪电，另一种解释则归咎于陨星的碰撞或太阳风粒子的冲击。科学家发现，这些条纹的亮度似乎随土星季节的转换而发生明暗变化，在土星的春秋时节最为明显，今年8月，土星将过分点，届时从事卡西尼任务的科学家们将对B环进行仔细的观测，也许B环上的辐射条纹之谜会于不久之后得到更加合理的解释。

光环归来

此外，人们在土星环上还有许多新的发现，例如D环已变得更暗，且向着土星的方向移动了100多千米，土星环的质量实际上比先前估计的更大，且表面更加粗糙等，这些发现很有可能彻底地颠覆以前人们对土星环的起源和寿命的认识。自“旅行者”号访问土星以来，人们便一直认为土星环很年轻，也许就产生于地球上的恐龙时代，然而新的研究则表明，土星环和太阳系同样古老，而且可能还会存在几十亿年。认为土星环很年轻的理由部分来源于一种简单的常识，一个物体，假若它光洁明亮，它就可能是一个新器物，万物皆同理，土星环虽存在于无垠的宇宙中，却也不应该例外，假若它和土星一样在宇宙中存在了45亿年，那它宽阔的环面为什么没被宇宙中的尘埃污染得黝黑暗淡，却依然光洁如砥呢?所以科学家们曾经认为，土星环并不是总是在那里的，它大约产生于一亿年前的一次偶然事件，或许是一颗来自太阳系以外的星球运行到土星的附近被土星巨大的潮汐力所撕碎，演变成了一个环，或许是一颗彗星撞上了土星的一颗卫星，它们的碎片环绕于土星，形成了土星环。

然而随着“卡西尼”号对土星环的观测日益细致，人们发现了新的事实。科学家使用“卡西尼”号搭载的紫外线图像光谱仪仔细研究了土星环中的颗粒，他们发现土星环实际上是很粗糙的，其中的物质大小不一，有些细于沙粒，有些大于巨石，环里的团块夹杂着冰和岩石，在环内物质的循环过程中，它们将来自宇宙的污染物稀释和吸收掉了，所以土星环看起来并不暗淡。科学家还用来自“卡西尼”号的观测数据用电脑模拟了土星环内物质的运动情况，2008年9月，他们宣布说，土星环可能比先前预料的更大、历史更久远，它很可能早在45亿年前就形成了，与土星同样古老。

值得一提的是，即便土星环相当古老，并且不会很快消失，这样的环在宇宙中也似乎是不容易见到的。现在人们知道，行星有环并不是稀有的现象，在太阳系里，海王星、天王星、木星都有环，然而它们的环都没有土星环这般明亮，宏伟并且如此神奇。或许这样的环离我们很远，或许这样的环本来就非常稀有。

2009年的土星环也许并不迷人，然而却是不易见到的景象。当土星环因侧面朝向地球而显示出一条直线的时候，天文学家们称之为“环面穿越”，在土星绕太阳公转的过程中，“环面穿越”的景色并非常有。2009年真正出现“环面穿越”的时候是9月4日，那时土星环的侧面正好对着我们，不过那时土星太靠近太阳了，我们根本看不到它。但在2009年的其他时候，我们可以看到大致的效果。“环面穿越”的时间是很短的，此后，美丽的土星环又将重现了。

科学研究

1610年，意大利天文学家伽利略观测到在土星的球状本体旁有奇怪的附属物。1659年，荷兰学者惠更斯证认出这是离开本体的光环。1675年意大利天文学家卡西尼，发现土星光环中间有一条暗缝，后称卡西尼环缝。他还猜测，光环是由无数小颗粒构成。两个多世纪后的分光观测证实了他的猜测。但在这二百年间，土星环通常被看做是一个或几个扁平的固体物质盘。直到1856年，英国物理学家麦克斯韦从理论上论证了土星环是无数个小卫星在土星赤道面上绕土星旋转的物质系统。