如果地球有像土星那樣的行星環,那會如何?答案你或許不會想到

2020-12-17 天文在線

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我這枚通透明亮的戒指,或許並不適合你纖纖玉指,土星對地球說道

其它的答案中也存在著一些問題,有些答案仍讓人感到費解,有些解釋則是錯誤的,甚至有些答案同時存在著上述兩個問題。

那麼現在這裡有一些出自著名的科普插畫家羅恩·米勒之手的圖畫,這些圖畫很好的展示了行星環出現在地球上的大概模樣。不知道你們是不是和我一樣,我不太清楚他創作這些插畫時有哪些設想(比如說行星環的高度以及尺寸),所以呢,就讓我們暫時不要完全相信他的這些圖畫。儘管如此呢,他們的這些創作仍然是經過了深思熟慮的,我們稍後會再見到他們。

這是從華盛頓特區所看到的行星環,由於華盛頓特區位於北緯40°,因此我們會發現行星環會低垂於天空之中。

[編輯:一些網友說照片裡的行星環彎曲的厲害,但是很明顯,這條行星環將會與地平線相交(交於兩點),否則的話,這條行星環將向無窮遠處延伸。所以這裡最大的問題就是,相交的兩個點在圖像裡是否相隔的太近了。但是我們並不知道行星環離地球有多高,然後他到底將延伸多遠,以及這張圖片它涵蓋的角度有多大,如果涵蓋的角度足夠大的話,行星環確實會有這麼大程度的彎曲。]

所以如果地球真的擁有像土星那樣的行星環的話,有哪些事情是不會發生的呢?

太陽輻射會加強嗎?不,並不會,行星環會反射一些原本應該照射到地球上的陽光,具體的反射量將取決於具體的季節(大概是因為行星環排列在地球赤道的位置,然後當它們靠近太陽的時候,行星環將向上或者向下傾斜,就像帽子的邊緣及側面那樣),但是這種反射並不是鏡面反射。行星環是由許多的冰粒組成的,這些冰粒將反射所有方向的太陽光,因此大多數的太陽輻射都被反射到了宇宙之中。儘管如此,但是行星環確實會遮蔽陽光,因此,網狀效應就有可能減少照射到地球上的陽光,這張圖片就展示了行星環是如何遮蔽陽光的。

這張照片是在赤道的位置上模擬出來的,這也是為什麼行星環看起來如同一條線一般。但是我們可以觀察到,太陽正逐漸地往行星環的左側移動,因此行星環在右側形成了一片陰影。

流星隕落於地球的概率會增加嗎?不,並不會。土星環是由直徑從1釐米~10米不等的冰水顆粒組成的,下墜的冰塊在撞擊地球之前就會破碎蒸發(實際上,所有的冰塊都會立即升華,然後幾乎立刻被太陽風吹走,所以一開始我們地球便不可能擁有行星環。但是這個問題裡假定了我們地球擁有土星的行星環,所以…)。是否有機會開採大量的稀有金屬如金、鉑(原文如此)呢?不,並無可能,正如我剛才所提到的,土星環裡基本都是冰水化合物,沒有金屬、巖石等其它任何物質。

那麼,又有哪些事情將成為現實呢?

首先衛星的數量將減少且發射成本會更高。儘管行星環中的冰粒都非常細小,但是對於用於通訊、導航等用途的一切衛星而言,它們都是極具威脅性的。並且這些冰粒還會限制衛星對地球的觀測以及它們之間的通訊,因此我們必須把衛星發射到能避開行星環的軌道上,並讓它們在高於行星環外邊緣的軌道上運行,這是一個雖然非常棘手,但是仍能夠得到解決的問題。(有網友指出,行星環裡會有許多的空隙,實際中確實如此,在地月距離的1/2、1/3、1/4…等地方,通過月球的軌道共振效應能夠在行星環中清理出來一些空隙,但是這些位置並不適合衛星運行。)因此,發射衛星會面臨更多的麻煩以及需要更多的費用。更明亮。這是羅恩·米勒描繪的在瓜地馬拉——一個位於北緯14°的地方所觀察到的行星環的形貌。從圖上我們能觀察到行星環在空中的高度。

同時我們還能觀察到一些行星環對地球景色的影響。晚上的時候,行星環會在地球上灑下比月光更為明麗、寬廣的光亮。而且極有可能不會有行星環形成的陰影,因為它們太大了。此外,行星環的存在還會引起程度依舊由季節及緯度所決定的薄暮現象,這種現象的視覺效果非常棒(但是薄暮現象也是一張減少陽光照射的網)。

白天的黃昏。在冬天白晝出現薄暮現象時,行星環將會減弱一些太陽的光亮,具體是什麼時候減弱,以及減弱程度都是非常難確定的,因為它們都取決於行星環的緯度和寬度。但毋庸置疑的是,陽光一定會受到一定程度的遮擋。而這種由於遮擋而出現的黑暗可能會始於早晨,殆於傍晚,也有可能持續一整天,具體情況取決於你的地理位置等因素。然後如果冬天發生了薄暮效應,行星環的遮蔽並不會導致完全的黑暗,仍然會有一些散射自天空或者雲層等地方的光,如同正在發生日食一般。而且行星環也不是完全透明的,一些光亮仍會直接穿過行星環。綜合上述幾個方面便導致了薄暮效應的產生。然後這種效應還會影響環境條件比較嚴苛的季節的溫度,尤其是在冬天,因為冬天的時候行星環會阻攔更多的陽光。

這是土星繞太陽軌道運行的示意圖。

想像一下,這裡有一些小型地球,它們被自己的行星環所包圍。最左側的小型地球的軌道高度讓它的北半球正處於夏季之中,這時它的北半球傾斜著朝向太陽,所以它離太陽更近,特別是此時太陽輻射會更直接的照射北半球,因此輻射在到達地球表面的時候只需要穿透較薄的大氣。所以夏天的溫度會更高。上述早已是不爭的事實,然後行星環只會為天空增加些許的光亮。

但是此時最右側的小型地球卻正處於冬季(對於北半球而言),北半球傾斜著遠離太陽,因此冬天溫度更低。但是在冬天的時候,行星環還會在北半球產生一片陰翳,使得冬天更加寒冷。

上面那張圖片沒有行星環的陰影,那麼現在這張照片裡我們可以看到土星環在土星上產生的陰影的模樣。

最左邊的圖片是在土星的冬天的某個時候拍攝的(土星北半球的冬天),中間拍攝於土星的春天。第三張則拍攝於春分或者秋分的時候,此時土星的赤道和太陽(位於上圖中最底部的位置)處於同一軌道上,且此時土星大概有27°左右的傾斜,和地球的23.5°十分接近。

一些由於行星環的出現而導致的後續影響。根據猜測,土星環最有可能是因為一顆衛星被一次碰撞或者其它的一些事件撕碎了而形成的。(它很有可能是一顆小型冰質衛星,也有可能是一顆表面的冰被剝離了的大型巖質衛星,甚至有可能是一顆衛星完全解體,形成的巖石碎片有些重新聚集組成一顆幾乎沒有冰的小型衛星,有些則直接落向土星。)從天文學的角度而言,這件事情發生的時間相當之近,就在近百萬年之內。因此根據具體情況,在形成行星環時地球可能也會受到相類似的衛星解體的事件的影響。比如地球很有可能會經歷一次奇科蘇盧布級別的災變,那次災變造成了恐龍的滅絕,但也有可能只會受到很小的影響,比如短時間內流星增多。

如果發生了奇科蘇盧布級別的災變,我們可以會觀察到一些相關的地質特徵,比如大到我們無法辨認出來的隕石坑,當然也有可能找不到這樣的隕石坑,只能在地質層上找到一層某些同位素、元素或者二者混合含量高的不同尋常的土壤(就像我們在白堊紀第三紀滅絕事件中所發現的一樣,一片非常薄的地質層成為了那顆滅絕了恐龍的大型隕石撞擊過地球的證據)。化石和DNA或許能夠說明那場發生在大約10億年前的大滅絕事件所造成的揮之不去的影響,但也有可能無法證明,或者連大滅絕都不存在。一切都很難說,因為實際上,地球誕生的地方從來都不曾存在過一顆冰質衛星(所以顯然,地球是不可能有行星環的)。然後我們地球離太陽非常近,雖然小行星帶中確實含有冰質小行星,但是它到太陽的距離比日地距離的兩倍還多(順帶說一句,這幅圖中的太陽太大了)。

所以,擁有了行星環後你會發現生活會變成這樣:更昂貴的電信帳單,怪異到不可思議的晝夜交替,四處遍布著的不同的動物和植物,但是也有可能會有更多的詩人寫下從清晨持續到入夜的日落黃昏,或者白天裡詭譎的黑夜——就像地球難過時陰沉了的臉,亦或只是它思考時安靜的容顏。

今天的一切都是如此有趣,感謝你們的陪伴。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. 西冽-quora

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