作者：石蘭（抄襲必究）土星的環結構-不是唯一的行星環，但卻與眾不同在一些大質量行星的周圍，存在著一種圍繞行星旋轉的環形物質帶，科學家們將其命名為行星環。眾所周知，在我們太陽系中擁有環結構的行星並不只有土星一顆，比如，我們熟知的海王星和天王星，同樣也存在著相對較微弱的環結構。複雜的土星環在環環相套之後，形成了一圈又一圈的螺旋紋路，但卻沒有墜入土星大氣層。那麼，土星的環結構到底是怎麼來的，難道它可以將行星的引力排除在外嗎？
土星環的構成和特性-不同與其他行星環的土星光環由於土星擁有自己獨特且龐大的環系統，所以，作為太陽系第六顆行星的它，成為了太陽系中科學家們最能直接識別的行星之一。與我們地球圍繞太陽公轉存在大約23度的傾斜相似，土星的赤道在圍繞太陽做公轉運動的時候，同樣也存在著一個27度左右的軌道傾斜。所以，當土星的環形平面和赤道與太陽的位置處於同一條直線上的時候，便說明此時的土星位置正處於春分點。組成土星環的粒子大小不等，從沙粒一般大小到較大塊頭，正是這數十億量級的粒子構成了土星環。雖然環中這些粒子也包含著塵埃，以及其他的化學物質，但其主要構成則是水冰，那些巖石流星體也會在它們穿越太空的時候被吸引。對於一些天文愛好者而言，土星環看上去可能只是由一個實心環包圍。但事實上，土星的環結構本身存在許多間隙和結構，科學家們在發現一些微弱的環的同時，也按照發現順序對土星環進行了字母命名。
在土星環的構成部分中，我們可以通過舉例的方式來進行了解，比如，位於其外層的A環是最大且最亮的部分，所有環中裂縫的最大位置就處於A環和B環之間。而所有環中最大且質量最多的環則是B環，它甚至還會在光度和密度上發生變化，擁有許多狹窄小環的同心圓、卻不含任何縫隙。與此同時，科學家們還在土星環上探測到了充滿神秘色彩的輻條，而它從形成到散開所需要花費的時間，似乎只有短短的幾個小時。對於這樣的現象，最合理的解釋則是那些帶電的塵埃大小的薄片，構成了這些快速演化的輻條，而這些塵埃一般大小的顆粒物，則是由行星閃電的電子束或小行星在撞擊土星環時所產生。
洛希極限活生生的證據-土星光環不會墜入土星大氣層的確，有不少人存在著這樣的疑問：按道理來說，土星環也會受到行星引力的作用，為何卻不曾墜入土星的大氣層？而這個問題的答案，其實和一個天體形狀理論中的物理常量有關，它被科學家們稱為洛希極限。事實上，宇宙中的每一個天體都存在所謂的引力極限半徑，而密度較大的類地行星，則具有相對更小的洛希極限值，這也是為什麼衛星通常都不會有環結構的根本原因。
關於洛希極限，其實也存在著不同的表述方式，比如，其本質上源於潮汐力作用，當質量存在較大懸殊的兩個天體之間的距離達到洛希極限之內。那麼，其中質量更小的天體，便會因為受到大質量天體的引力而被撕裂。洛希極限不僅可以解釋行星帶的存在、分布區域的可能位置，而且也被應用於太陽系中行星環的形成和形態相關的論證。比如，土星環便是宇宙中的天體在到達洛希極限之後，因為受到了行星的潮汐作用發生碎裂之後所形成。
或許你有所不知，土星環的存在，其實就是洛希極限的最有力證據。雖然該行星環的可能形成方式並不止一種，但不管是進入土星洛希極限的衛星因為潮汐引力而瓦解、原本就位於洛希極限內的星體在受到流星體撞擊後形成土星環，還是始於太陽系演化初期的殘留物質無法凝結而形成光環，理解洛希極限的關鍵都在於潮汐力。我們可以通過潮汐引力推論出潮汐效應的大小，其實主要取決於被作用天體本身的大小，直到物體被撕碎到某個最小的程度之後，這個過程才不會再繼續發生。
我們可以通過一組數據，來對洛希極限的印證，以及土星環為何不會墜入大氣進行說明。土星的中心位置和其A環的最外邊緣之間，大約相距13.65萬公裡，而科學家們根據洛希極限的定義所推算出的土星洛希極限，則等於其赤道半徑6萬公裡乘以2.44，也就是大約14.64萬公裡。簡而言之，土星的整個環系統，其實都位於所謂的洛希極限之內，這便是為什麼土星環上的這些物質永遠都不可能聚集為衛星的巖屑，更不會因為受到行星的引力而墜入土星大氣之中。
美麗但難以持久的土星環-可能要不了3億年便會消失倘若土星原本沒有標誌性的厚環，那麼，我們很可能至今也沒有發現它的存在，科學家們為了弄清土星環是否也具有生命周期，便對一種被稱為「環雨」（由具有特殊形式的氫氣所散發出紅外光）的現象進行研究。從探測結果來看，土星環正處於其生命周期中的中期階段，大約會在未來的3億年時間裡徹底消失。
短短數小時的短暫時間，巨大的環雨量吞噬了大量的冰環，而這個量級達到了每秒420到2800公斤。土星環的大概質量是已知的，雖然落入量的數值範圍較大，會導致環的真實生命存在較大的不確定性。但是，科學家還是根據比率計算出了這些環大約還有3億年左右的壽命。與此同時，研究人員還結合了早前的卡西尼號數據，並通過環到行星的不同類型流入信息，得到了一個更令人意外的答案。那就是土星環這個特殊的結構消失，很可能只需要耗費一億年左右的時間。不同的數據指向同一個結果：土星的環，只是一種暫時性存在的行星特徵，這也表明了在過去的某個時間，木星和天王星等行星，或許也同樣存在著巨大而複雜的環系統。
太陽系中的「古董」-引力撕裂的碎片構成了土星環土星環被普遍的認為是由宇宙中的衛星、小行星或彗星碎片組成，只不過在它們到達土星環位置之前，便已經因為受到土星的強大引力而被撕裂成碎片。從觀測結果來看，土星系統中的大量水冰無法以其他方式離開現有位置，所以，參與研究的科學家們認為，這些位於土星系統中的水冰應該形成於太陽系形成之時。並且，當流星體撞擊到土星環的某些地方時，土星系統也因此而被塗上了微紅色，而這樣的信號說明了，更複雜的分子可能會因為這些化合物而產生。
若土星環誕生於太陽系誕生的相近時期，那麼這些光環便有可能已經閃耀了40億年左右，它們就像是太陽系中的「古董」一般的存在。而由行星狀星雲形成的土星環和月亮，則成為了天文學家們了解早期太陽系的時空隧道。簡而言之，要對太陽系的化學演化和物理演化有更深入的理解，那麼，對土星系統進行的研究便能為此帶來幫助。並且，這樣的進化過程會涉及到的研究主體，並不只是某個環、或某個衛星，我們只有將這些彼此纏繞的關係，按照有序的關係拼湊起來才能得到答案。