導語：太陽系中包含八大行星，其中土星可算得上是太陽系中最獨特的一顆行星了，土星最讓人嘆為觀止的就是那美麗的土星環(huán)，早在1610年伽利略用望遠鏡第一次觀察到了土星光環(huán)，但是土星光環(huán)總是時隱時現(xiàn)，有時隔了好幾年才又重新看到。那美麗的土星光環(huán)是怎樣形成的呢?接下來就由探秘志小編為大家揭秘土星光環(huán)之謎吧!
在太陽系所有的行星中，論“體重”,論“個頭”,土星都是老二，僅 次于木星。地球和 土星比起來，簡直 小得不得了，745 個地球加起來才 頂?shù)蒙弦粋�土星。但是，土星只是一 個虛弱的“胖子”，它的平均密度只 有0.7克/厘米’，比水的密度還要 小。如果把所有行 星都扔進水里，那么像皮球一樣浮上來的準是土星。但土星有一道奇特的景觀，那就是美麗的光環(huán)。這光環(huán)像一條亮 燦燦的項鏈一樣掛在土星的脖子上。1979年，“先驅者”11號探測器 飛臨土星上空，發(fā)現(xiàn)土星光環(huán)像一張“密紋唱片”，由大小不等的小石 塊、冰塊組成，它們排列得密密麻麻，一起圍繞土星旋轉。從地球上看去，土星光環(huán)的形狀老是在發(fā)生變化，有幾年甚至會“消失”。這是怎么回事呢?
原來，這是由光環(huán)的形狀決定的。土星光環(huán)的寬度達27萬千 米，而厚度只有10千米，寬度和厚度的比例使它看上去就像一只十 分寬大但很薄的紙環(huán)。當這“紙環(huán)”正面朝向地球時，人們只能看到 像紙一樣薄薄的一條線，“紙環(huán)”幾乎就處于“消失”的狀態(tài)。難怪17 世紀初意大利天文學家伽利略在觀察土星時，會以為自己看花了眼：土星兩側怎么多出兩個“耳朵”一樣的東西呢?
自從十七世紀中期荷蘭科學家惠更斯發(fā)現(xiàn)土星的光環(huán)后，它一 直是天文學家最喜歡觀測的對象之一。人們一直試圖搞明白：土星 光環(huán)是怎樣形成的?為什么土星光環(huán)可以細分出不計其數(shù)的細環(huán)? ……一個個的奧秘等著科學家去解開。
卡西尼號探測器進入土星軌道
美國東部時間2004年7月1日中午時分，歷時7年飛越了35億公里的卡西尼號探測器終于成功地泊入了土星軌道，開始了它長達4年的對土星、土星衛(wèi)星和土星光環(huán)的探測。自從1610年伽利略第一個把望遠鏡指向天空時，土星就給人們留下了一個巨大的謎團。伽利略看到土星不象一個單獨的發(fā)光體，它的形狀猶如三聯(lián)星，緊靠著大星的兩側附有兩顆小星與中心聯(lián)成一條直線。伽利略連續(xù)觀測了三年，發(fā)現(xiàn)土星的這種形狀沒有什么變化，于是斷言土星有兩顆衛(wèi)星，不過這兩顆衛(wèi)星絲毫不動地固定在土星兩端。但是接著觀測下去卻發(fā)現(xiàn)這兩顆衛(wèi)星竟然完全消失了，過一段時間后又出現(xiàn)，而且看到了更多離奇古怪的土星形狀。伽利略對此無法解釋。
荷蘭物理學家惠更斯用倍數(shù)更高的望遠鏡觀測木星后確認伽利略所描述的土星附屬物決不會是兩顆衛(wèi)星，不過他真的發(fā)現(xiàn)了一顆土星衛(wèi)星，后被命名為提坦。這是迄今所知土星總共31顆衛(wèi)星中最大的一顆。1656年3月5日惠更斯公布了他對土星形狀之謎的解答。不過這個解答是以謎語的方式公布的，惠更斯的這個解答某種程度上帶來了更大的迷惑。
1675年著名天文學家卡西尼觀測到惠更斯的土星光環(huán)實際上是雙重的，內外兩重環(huán)之間被一條黑暗的縫隙分隔，此縫現(xiàn)在被命名為卡西尼縫�？ㄎ髂岵聹y土星光環(huán)可能由無數(shù)小顆粒組成，但當時及以后兩百年里的天文學家們都認為土星光環(huán)是固態(tài)的，卡西尼縫只是固態(tài)環(huán)上的一個暗黑的標記。直到1856年英國著名物理學家麥克斯韋用力學理論證明，土星光環(huán)如果是固體的或液體的，那么它在轉動時萬有引力將會把它撕裂，它如果是由無數(shù)小的固定顆粒構成，在力學上就是穩(wěn)定的。通過以后的望遠鏡和行星際探測器的觀測，獲得了更多的土星光環(huán)的細節(jié)，當然也證實了卡西尼的猜測和麥克斯韋的理論預言是正確的。
人們對這次的卡西尼號探測器也寄予厚望，不僅希望它揭示更多土星家族的謎團，還希望從對土星光環(huán)系統(tǒng)的觀測中探索出太陽系起源和行星系統(tǒng)形成的秘密�？ㄎ髂崽栠�攜帶了一艘著陸器，六個月后當卡西尼號接近提坦時將把著陸器釋放到這顆木星最大的衛(wèi)星上，著陸器以提坦發(fā)現(xiàn)者的名字惠更斯來命名。
時隱時現(xiàn)的土星光環(huán)
在太陽系中，土星被譽為美麗的天體，它戴著的光環(huán)曾被認為是不可思議的奇跡�？茖W家經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn)，在太陽系九大行星中，不僅土星戴著光環(huán)，而且木星、天王星和海王星也是戴著光環(huán)的。
1、在這4顆戴著光環(huán)的行星中，土星的光環(huán)最為壯觀和奇麗。歷史上首先發(fā)現(xiàn)土星光環(huán)的是意大利天文學家伽利略。1610，伽利略用剛剛發(fā)明不久的天文望遠鏡觀測土星，發(fā)現(xiàn)它的側面仿佛有一些什么東西。遺憾的是，直到他去世，也沒有弄清楚那些東西究竟是什么玩意兒。
2、1655年，荷蘭天文學家惠更斯終于搞清了土星光環(huán)形狀不斷變化的原因：那是因為它以不同的角度朝向我們。當我們恰好從它的側邊看去時，薄薄的光環(huán)就仿佛隱而不見了。土星光環(huán)厚約10余公里，寬約6.6公里，它可以細分為幾個環(huán)帶，中間夾著暗黑的環(huán)縫。
3、1977年3月10日，包括中國在內的許多國家的天文學家，各自觀測到了一次罕見的天文現(xiàn)象——天王星掩恒星。觀測的結果使科學家們大為驚奇：在天王星遮掩恒星之前，人們已經(jīng)觀測到一組“掩”，在天王星本體掩星之后，又觀測了另一組類似的“掩”。造成這些“掩”的，原來是圍繞著天王星的一些“光環(huán)”。這些環(huán)都極細，而且彼此都離得較遠。1986年1月，美國發(fā)射的“旅行者2號”宇宙飛船飛越天王星時，又發(fā)現(xiàn)了幾個新的環(huán)帶�，F(xiàn)在，已經(jīng)知道天王星共有11道環(huán)。
4、“旅行者1號”是1977年9月發(fā)射的，1979年3月初，它從離木星大約27.5萬公里處掠過這顆巨大的行星，發(fā)現(xiàn)木星也有一群細細的環(huán)。木星環(huán)厚約30公里，總寬度超過6000公里，光環(huán)與木星的中心距離約12.8萬公里。
土星環(huán)狀結構是怎么形成的
土星環(huán)是太陽系行星的行星環(huán)中最突出與明顯的一個，環(huán)中有不計其數(shù)的小顆粒，其大小從微米到米都有，軌道成叢集的繞著土星運轉。環(huán)中的顆粒主要成分都是水冰，還有一些塵埃和其它的化學物質。
雖然環(huán)的反射能夠增加土星的亮度，但從地球僅憑裸眼還是看不見環(huán)。在1610年，當望遠鏡第一次指向天空之際，伽利略雖然未能清楚的看出環(huán)的本質，但他還是成為觀察土星環(huán)的第一個人。在1655年，惠更斯成為第一個描述環(huán)是環(huán)繞土星的盤狀的人。雖然許多人都認為土星環(huán)是由許多微細的小環(huán)累積而成的(這個觀念可以回溯至拉普拉斯)，并有少數(shù)真實的空隙。更正確的想法是這些環(huán)是有著同心但是在密度和著亮度上有著極值的圓環(huán)盤。在叢集的尺度上，圓環(huán)之間有許多空洞的空間。
在環(huán)的中間有一些空隙：有兩條已經(jīng)知道是與被埋藏在環(huán)中的衛(wèi)星產生軌道共振引起的波動造成的，其它的空隙還不知道成因。穩(wěn)定的共振，另一方面，也維系了一些環(huán)長期的存在，像是泰坦環(huán)和G環(huán)。土星環(huán)結構是由不同尺寸顆粒構成，不同色彩代表著不同顆粒尺寸，綠色是最小的顆粒。目前，科學家最新研究表明，土星環(huán)中冰晶和巖石分布結構是顆粒反復碰撞分離形成的，多數(shù)構成顆粒直徑小于1米，較大尺寸的顆粒非常少。
最原始的土星環(huán)狀結構大約是現(xiàn)今環(huán)狀結構的10-100倍，隨著時間的推移，環(huán)狀結構外層的冰物質與土星的微小衛(wèi)星合并在一起。因此，由于無名巨大行星與氫氣層的碰撞產生了壯觀的環(huán)狀結構，并孕育了新的衛(wèi)星。
科學家認為氫氣層是導致該無知巨大衛(wèi)星毀滅的主要原因，同時，形成一個壯觀的環(huán)狀結構，這是“宇宙謀殺事件”的證據(jù)。該巨大衛(wèi)星毀滅后其殘留物質繼續(xù)環(huán)繞土星，一種冰層結構開始環(huán)繞土星，由此土星環(huán)狀結構誕生。
土星神秘的“光環(huán)”之謎已揭曉，最新研究稱，土星環(huán)狀結構形成于一次“宇宙謀殺事件”，受害者是一顆45億年前消失的無名巨大衛(wèi)星�？茖W家認為氫氣層是導致該無知巨大衛(wèi)星毀滅的主要原因，同時，形成一個壯觀的環(huán)狀結構，這是“宇宙謀殺事件”的證據(jù)。該巨大衛(wèi)星毀滅后其殘留物質繼續(xù)環(huán)繞土星，一種冰層結構開始環(huán)繞土星，由此土星環(huán)狀結構誕生。該項研究負責人是美國科羅拉多州西南研究學會的天文學家羅賓-坎圖普(Robin Canup)說：“土星是一個幫兇，并促進形成目前的環(huán)狀結構。”目前，這項研究發(fā)表在近期出版的《自然》雜志上。
之前一項主流理論認為土星的眾多衛(wèi)星彼此碰撞，產生的殘骸從而形成環(huán)狀結構。然而，這一理論現(xiàn)被證實不具合理性，因為事實上土星環(huán)狀結構95%成份是冰。羅賓稱，我認為一定是一顆較大衛(wèi)星剝離其外層冰物質形成環(huán)狀結構。她的理論暗示著氫氣層幫助建立和摧毀這顆無名巨大衛(wèi)星。羅賓指出，這顆無名巨大衛(wèi)星可能在氣體盤的引力下沖向土星。這一死亡螺旋碰撞過程持續(xù)了1萬年，它將更好地解釋土星環(huán)狀結構的起源。
依據(jù)羅賓的計算機模型，土星在足夠遠的距離時就將這顆巨大衛(wèi)星的冰層剝離，這些冰物質誘捕于環(huán)狀結構中。最原始的土星環(huán)狀結構大約是現(xiàn)今環(huán)狀結構的10-100倍，隨著時間的推移，環(huán)狀結構外層的冰物質與土星的微小衛(wèi)星合并在一起。因此，由于無名巨大行星與氫氣層的碰撞產生了壯觀的環(huán)狀結構，并孕育了新的衛(wèi)星。
羅賓說：“這一理論將有助于解釋土衛(wèi)三的形成，這顆奇特的內部衛(wèi)星并不能適應其它衛(wèi)星形成理論。”土星共有62顆衛(wèi)星，其中53顆已被命名，前不久，美國宇航局卡西尼探測器進行規(guī)律性勘測時發(fā)現(xiàn)了一顆新衛(wèi)星。羅賓說：“該項理論并不能解釋太陽系內其它衛(wèi)星環(huán)狀結構的形成原理，比如：木星、海王星和天王星，它們的環(huán)狀結構可能以不同的方式形成。”
土星為什么擁有美麗的光環(huán)
就目前而言的解釋也都來自于科學家的猜測，但是這些猜測并非毫無根據(jù)，一般認為土星的光環(huán)其實可分成幾個不同的部分,最明亮和最寬闊的是A 環(huán)和B 環(huán)，而較暗的是 C 環(huán)光環(huán)的各部分之間有明顯的裂縫,最大裂縫的是 A 環(huán)和 B 環(huán) 間的卡西尼裂縫,它是由喬凡尼卡西尼在 1657 年發(fā)現(xiàn)的，而A 環(huán)內的恩克縫則是由約翰.恩克在1837 年發(fā)現(xiàn)的。
通過飛船的探測,人們還發(fā)現(xiàn)較寬的光環(huán)其實是由許多狹窄的小環(huán)組成的。目前來看土星環(huán)形成的原因可能來源于一顆衛(wèi)星，由土星引力產生的起潮力能瓦解一顆衛(wèi)星甚至瓦解一顆進入其引力范圍的行星，這種起潮力能夠阻止破碎的物質結合成一顆新的天體，而這些破碎的物質逐漸演變成一道光環(huán)，圍繞土星周邊。
而近年來天文學家發(fā)現(xiàn)，土星光環(huán)主要由冰構成(95%)。因此，它很可能是一顆“冰殼衛(wèi)星”與土星外圍物質相撞后的結果。這顆死星其他部分因重量較大而墜入土星大氣層，而還有一種說法是土星環(huán)是太陽系演化初期殘留下來的某些原始物質，因為在洛希極限內繞土星公轉，而無法凝集成衛(wèi)星，最終形成了我們今天看到的光環(huán)。
結語：在望遠鏡中，太陽系中的一顆土星就像一頂草帽，環(huán)繞土星周圍的一圈圈光環(huán)才是它的最大亮點。但是至今土星光環(huán)還需要科學家們花費時間不斷探索，因為實在還有太多謎團尚未揭開!
