進入「洛希極限」後的產物——土星光環

2020-12-05 胖貓閒侃

說起土星,我們肯定首先想到的是土星那美麗的光環。這條近30萬公裡寬的固態冰質行星環由數萬億塊冰組成,這成為了太陽系中最令人讚嘆的奇觀之一。在太陽系中沒有比土星的冰環更加美麗的景象。

我們如果近距離觀察就不會覺得土星環很精巧,他們是由數以萬億計的冰晶構成的。大部分冰晶都和雪花差不多大,但有些卻有房子那麼大。如果我們用望遠鏡觀察,就會發現土星環的反光率很高,他們反射太陽光的能力和土星本身差不多。但是陽系裡遍布著塵埃,假如一顆冰晶在這裡停留一段時間後,他就會變髒,然後反光率就會變弱,也就不會那麼明亮。但是為什麼土星環的反光率會這麼高呢?

1997年「卡西尼」號探測器發射升空。它將近距離研究土星、土星環及其衛星,從而尋找土星起源的新線索。探測器通過對土星環進行實際取樣和測量太陽系塵埃落在土星環上的方式,「卡西尼」號取得了一個驚人的發現。如果說土星環在土星周圍已經存在數10億年,那麼他應該會被塵埃所遮蔽,變得暗淡。可是土星環依舊光亮如新,原因就在於土星環還很年輕,比土星本身年輕了近45億年。

為什麼土星環如此年輕呢?根據「卡西尼」號所提供的證據表明,謎題的答案不在於土星本身,而在於土星軌道之上的土星的衛星。土星有62顆大衛星和無數的小衛星,至今仍在不斷發現。隨著對冰質衛星更加細微的分析,人們發現他們中的許多都是由於土星環完全相同的物質構成的。土星環和土星的衛星有著千絲萬縷的聯繫,在這麼多的土星衛星中,似乎缺少了一顆。

如今的主流理論認為,在一億年前,在恐龍統治地球的時代,土星的軌道上有一顆衛星不見了,一顆直徑或許約有400公裡的衛星,幾乎完全由冰構成。它靠近土星時進入了土星的洛希極限之內。當土星巨大的潮汐引力作用於這顆衛星時,他開始分裂,多達1.5億億噸的冰體支離破碎。由於移動速度很快,碎冰很可能在幾天之內就擴散開來,形成了這顆巨大行星之外的環,標誌性的土星環就此誕生了。如今,巨大的土星環也發生了一些變化,土星強大的引力場使得他保持了近乎完美的圓形,不過內部的碰撞導致他扁平擴散開來,碎片形成了一個比木星還要寬的圓環,平均厚度卻只有10米。 而在土星環內部,一些月球大小的冰塊環繞著土星運動,清除出開闊的空隙帶,這就把原來的一道環變成了許多道環。同時土星的衛星會把冰顆粒向上拉起,形成超過兩公裡高的尖峰,在合適的條件下,這些冰峰就會在土星環上投下壯觀的陰影。

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