土星周围为何有一圈光环?它们是什么?它们是如何形成的?

土星周围为何有一圈光环?它们是什么?它们是如何形成的?
土星周围为何有一圈光环?它们是什么?它们是如何形成的?

土星周围为何有一圈光环?它们是什么?它们是如何形成的?
土星环由蜂窝般的太空碎片、岩石和冰组成.主要的土星环宽度从48公里到30.2万公里不等,以英文字母的头7个命名,距离土星从近到远的土星环分别以被发现的顺序命名为D、C、B、A、F、G和E.土星及土星环在太阳系形成早期已形成,当时太阳被宇宙尘埃和气体所包围,最后形成了土星和土星环.
　　土星的光环其实可分成几个不同的部分,最明亮 最宽阔的是 A 环和B 环,较暗的是 C 环.光环的各部分之间有明显的裂缝,最大裂缝的是 A 环和 B 环间的Cassini 裂缝,它是由 Giovanni Cassini 在 1657 年发现的.A 环内的 Encke 缝则是由 Johann Encke1837 年发现的.通过飞船的探测,人们还发现较宽的光环其实是由许多狭窄的小环组成的.
　　光环的形成原因还不十分清楚,据推测可能是由彗星、小行星与较大的土卫相撞后产生的碎片组成的.
　　光环可能含有大量的水份,构成它们的是直径从几厘米到几米的冰块和雪球.某些光环,如 F 环的结构在邻近的卫星引 力拉扯下结构发生了细微的变化.科学家在“旅行者”号飞船发回的一张图片中发现,土星宽阔的 B 环上带有放射状的阴影,但在“旅行者”号此后拍摄的其他图片中却没有.据推测,这一现象可能因为光环在某些时候带有静电,漂浮在宇宙中的尘埃被吸附而造成的.
　　1610年,意大利天文学家伽利略观测到在土星的球状本体旁有奇怪的附属物.1659年,荷兰学者惠更斯证认出这是离开本体的光环.1675年意大利天文学家卡西尼,发现土星光环中间有一条暗缝,后称卡西尼环缝.他还猜测,光环是由无数小颗粒构成.两个多世纪后的分光观测证实了他的猜测.但在这二百年间,土星环通常被看做是一个或几个扁平的固体物质盘.直到1856年,英国物理学家麦克斯韦从理论上论证了土星环是无数个小卫星在土星赤道面上绕土星旋转的物质系统.
　　土星环位于土星的赤道面上.在空间探测以前,从地面观测得知土星环有五个,其中包括三个主环（A环、B环、C环）和两个暗环（D环、E环）.B环既宽又亮,它的内侧是C环,外侧是A环.A环和B环之间为宽约5,000公里的卡西尼缝,它是天文学家卡西尼在1675年发现的.B环的内半径 91,500公里,外半径116,500公里,宽度是25,000公里,可以并排安放两个地球.A环的内半径121,500公里,外半径137,000公里,宽度15,500公里.C环很暗,它从B环的内边缘一直延伸到离土星表面只有12,000公里处,宽度约19,000公里.1969年在C环内侧发现了更暗的D环,它几乎触及土星表面.在A环外侧还有一个E环,由非常稀疏的物质碎片构成,延伸在五、六个土星半径以外.1979年9月,“先驱者” 11号探测到两个新环——F环和G环.F环很窄,宽度不到800公里,离土星中心的距离为2.33个土星半径,正好在A环的外侧.G环离土星很远,展布在离土星中心大约10～15个土星半径间的广阔地带.“先驱者”11号还测定了A环、B环、C环和卡西尼缝的位置、宽度,其结果同地面观测相差不大.“先驱者”11号的紫外辉光观测发现,在土星的可见环周围有巨大的氢云.环本身是氢云的源.
　　除了A环、B环、C 环以外的其他环都很暗弱.土星的赤道面与轨道面的倾角较大,从地球上看,土星呈现出南北方向的摆动,这就造成了土星环形状的周期变化.仔细观测发现,土星环内除卡西尼缝以外,还有若干条缝,它们是质点密度较小的区域,但大多不完整且具有暂时性.只有A环中的恩克缝是永久性的,不过,环缝也不完整.科学家认为这些环缝都是土星卫星的引力共振造成的,犹如木星的巨大引力摄动造成小行星带中的柯克伍德缝一样.“先驱者”11号在A环与F环之间发现一个新的环缝,称为“先驱者缝”,还测得恩克缝的宽度为876公里.由观测阐明土星环的本质,要归功于美国天文学家基勒,他在1895年从土星环的反射光的多普勒频移发现土星环不是固体盘,而是以独立轨道绕土星旋转的大群质点.土星环掩星并没有把被掩的星光完全挡住,这也说明土星环是由分离质点构成的.1972年从土星环反射的雷达回波得知,环的质点是直径介于4到30厘米之间的冰块.
　　探测器传回的土星照片让科学家非常吃惊,在近处所看到的土星环,竟然是碎石块和冰块一大片,使人眼花缭乱,它们的直径从几厘米到几十厘米不等,只有少量的超过1米或者更大.土星周围的环平面内有数百条到数千条环,大小不等,形状各异.大部分环是对称地绕土星转的,也有不对称的,有完整的、比较完整的、残缺不全的.环的形状有锯齿形的,有辐射状的.令科学家迷惑不解的是,有的环好像是由几股细绳松散的搓成的粗绳一样,或者说像姑娘们的发辫那样相互扭结在一起.辐射状的环更是令科学家大开了眼界而又伤透了脑筋,组成环的物质就象车轮那样,步调整齐的绕着土星转,这样岂不要求那些离的越远的碎石块和冰块运动的速度越快吗?这显然违背了目前已经掌握的物质运动定律.那么,这是一个什么样的规律在起作用呢?目前仍在探索中.