本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
太陽系中最美麗的結構莫過於帶著「帽子」的土星了。作為太陽系中行星環最明顯的行星,它的獨特可能是其他七大行星都無法比擬的。
土星環到底是什麼
17世紀中期,荷蘭科學家惠更斯第一個描述環是環繞土星的盤狀的人。其實,早在1610年,天文學家伽利略就曾利用望遠鏡發現土星並不是一個發光體,更像是三聯星(兩顆小星和一顆大星在一條直線)。
雖然他並未看清環的本質,但卻成為這一現象發現的第一人。隨著技術的進步,土星環的秘密也逐漸被解開。現代科學認為,土星環是由不計其數的小顆粒構成,它的主要成分是水冰,還有一些塵埃和其他化學物質。
根據天文學家卡西尼的觀測,土星環實際上有內外兩重,中間被一條黑色的縫隙隔離。至於它的形成,研究人員也在2010年的《自然》雜誌中,發表了它們的最新成果。它們認為,幾百萬年前,一顆衛星撞向了土星大氣,外圍的冰塊被土星吸住成為美麗光環,其他部分則墜入土星大氣層。
為什麼地球不像土星一樣有行星環?
要想形成行星環,就得有物質來源。科學家按照物質來源不同,大致將形成方式分為3種:
在行星誕生期間,盤中的其他物質與行星距離接近到洛希極限距離時,形成環;當一顆衛星撞擊行星,產生的巨大衝擊力會將碎片噴射到洛希極限的距離,進而形成環;一個行星被潮汐力分解,將碎片扔到洛希極限的距離。
而地球在形成之初,並沒有足夠的物質使其形成一個光環。不過科學家也曾提出這樣一種假說,地球形成早期並沒有月球,當超大質量物體撞擊地球時,確實會產生大量碎片,那時可能存在一個暫時行星環,但最終聚集為月球。
另外,要想有這種美麗的環,行星質量要足夠的大,同時距離太陽不能太近,否則不是被強烈的太陽風捲走,就是被恆星引力搶走,晶體冰也會被高溫蒸發掉。從這些角度來看,地球顯然是不合適的。
如果地球也有行星環會怎樣?
首先,由於地球離太陽較近,因此行星環不可能像土星環那樣主要成分是冰,但是光環仍然會以相同的方式反射陽光,較近的距離使得環的亮度遠遠超過土星環。那時,月球和光環的反射雙重組合,會讓夜晚不再像以前那樣黑暗,天文學觀測將更困難。
另外,處在星環陰影下面的區域由於得不到足夠的太陽光,就會變得十分陰冷,地球的陰影區域將無法居住,地球的冬天也會變得更加寒冷。
假如星環和地球的距離突然接近,還會影響一些動物體內的導航系統;星環差的透光性也會讓植物沒有足夠的陽光進行光合作用以及地球的氧氣的供應也會遭遇危機。
當然行星環還會給航天事業造成很大的影響。放置在地球周圍的衛星、太空飛行器將會遭遇一場嚴重的巖石風暴,人類或許需要尋找其他辦法來使用移動通訊。
這個環最終也會像土星環那樣不會永久存在,你可以想像將來某一天,從天而降大量巖石的場景,必定非常震撼。
從現在地球周圍的環境來看,地球擁有行星環的可能並不是很大。如果多重宇宙存在,也許在另一頭,也正有一個帶有行星環的「地球」,那裡的人也正在想像一個沒有行星環的地球環境將是怎樣的。
往期回顧:
宇宙中那麼多恆星,為什麼沒有太陽的照射天空就黑了?
達爾文的困惑:生物的眼睛是如何進化出來的?