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土星的“耳朵”?土星的“孩子”?这个天体瞒了人类上千年!

时间:2020-09-16 02:41 来源:未知 作者:admin

  在行星中,太阳系的水金火木土五颗行星是除了地球之外,最早被人类所观察到的。这五颗行星中,距离地球最远的一颗——土星,和其他四颗行星一样,在古代也被人类赋予了特殊的意义。

  古代的中国人根据五行学说,把这颗看上去呈现黄色的行星命名为“土星”;而在罗马神话中,它被冠以“农业之神”萨图尔努斯之名。

  这个名字被一直沿用至今,直到现在,土星的英文(Saturn)依然与罗马神话中的农神有关,土星的天文学符号也是代表萨图尔努斯的大镰刀。

  尽管在史前时代,人类就已经观测到了土星的存在,但土星的一个特征直到17世纪才被人们所知,而这个特征几乎能在现在所有和宇宙相关的科普绘画中出现,猜猜它是什么?

  看完视频你肯定已经知道了,这个特征就是土星最出名的土星环(行星环)。为什么土星环瞒了人类上千年的时间?它又是如何被人们发现的呢?我们今天就来讲一讲土星环的故事。

  1609年,伽利略(Galileo Galilei)改进了望远镜,使人类目光所及的距离大大增加。

  随后,当他用新的望远镜看向土星的时候,却发现本应该是一个圆球状的土星变成了一个由一大两小,三部分连接起来的奇怪结构。他觉得土星是“有耳朵的”,认为土星是由观测到的三个天体共同组成的一个小型星系。

  伽利略在信件中描述到:“土星不是单一的个体,它由三个部分组成,这些部分几乎都互相接触着,并且彼此间没有相对的运动,它们的连线是与黄道平行的,并且中央部分大约是两侧的三倍大”。

  伽利略观察到的木星的奇怪形状,其实是因为观测时,土星环以倾斜的角度对着地球,因此在早期成像不是特别清晰的条件下,土星环就变成了左右两个模糊的“小天体”。

  1612年,伽利略再次观测土星的时候,因为土星运动的原因,这时候土星环的侧面对着地球,在望远镜中难以观测到。这让伽利略大为疑惑,甚至根据罗马神话中农神为了防止子孙造反将自己的孩子吃掉的描写,有了“难道土星吞掉了它的孩子?”的猜测。

  在伽利略去世13年后的1655年,惠更斯利用改进后的望远镜再次观测土星,才发现这个让伽利略感到困惑的土星原来是“被一个薄且平坦的环所环绕着,环与土星没有接触,并且相对黄道倾斜。”

  又过了20年,卡西尼(Giovanni Domenico Cassini)在1675年确定土星环并不是一个连续的平面,而是由许多较小的环组成,在环与环之间有缝隙。不久之后,土星环上最明显的一道环缝被命名为“卡西尼缝”。

  1787年,法国天文学家和数学家拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace,就是提出拉普拉斯妖的那位)认为土星环是由许多固体的小环组成。

  不过,几十年后的1859年,詹姆斯·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)推翻了拉普拉斯的说法,他证明了土星环不可能是固体,如果是固体则会因为不稳定而碎裂,同时提出了土星环由许多围绕土星运动的小颗粒组成的假说。这个假说后来在1895年被证实。

  自从人类进入了太空时代,世界各国发射了很多探测器来观测土星和它的土星环。根据现代的高精度望远镜和探测器的近距离观测,我们现在已经能够确定土星环的主要范围大致从距离土星赤道上方7000千米延伸至483000千米。

  旅行者计划所发射的旅行者一号和旅行者二号两个探测器发现,整个土星环实际上是一个由数以万计的小环和空隙所组成的复杂结构体。而卡西尼号探测器发现,土星环甚至有属于它的大气!

  有些环与环之间有着比较明显的缝隙,这些缝隙就被称为“环缝”,其中最著名的就是我们上面提到的卡西尼缝。

  藉由几个比较明显的环缝,天文学家们把整个土星环分为D环、C环、B环、A环、F环、G环和E环,不过E环和G环散布得非常宽广,在照片中难以观察。除了这些环,在土星外还有一个隐形环。

  探测器近距离观测的结果发现土星环是由数不清的冰块、灰尘和星体碎片等物质组成,其中大部分为水冰,环中的颗粒物质小至1厘米,大的通常不过10米左右。

  这些细小的颗粒物质让天文学家们对土星环的形成产生了怀疑,是土星引力捕获了大量的宇宙尘埃组成了这个环,还是这里原本曾有一颗卫星在粉碎之后变成了土星环呢?

  目前,天文学界关于土星环的形成主要有两种猜想,其一认为土星环是由形成土星的原星云中直接形成的。

  另一种猜想则就是我们刚刚提到的,曾经有一颗土星的卫星因为轨道衰减,落入洛希极限的范围内,在潮汐力的作用下被扯碎而形成了土星环。(洛希极限(Roche limit)是一个天体对自身的引力与第二个天体对它造成的潮汐力相等时两个天体的距离。当两个天体的距离少于洛希极限,天体就会渐渐被扯碎,并逐渐成为第二个天体的环。)

  然而,土星环也并不是永久存在的。在土星引力的影响下,土星环中的物质会以一种被称为“环雨”的形式向土星坠落,最终彻底消失。

  不过对于我们来说,倒是不必担心这个问题,因为据天文学家们测算,距离土星环完全消失还有几亿年呢。

  现在,观测土星环已经不再像伽利略时代那样通过望远镜也只能看到模糊的影子,我们只需要用普通的天文望远镜或好一些的双筒望远镜就可以观测到比较清晰的土星环,甚至还能看到上面明显的环缝,但关于土星环的更多秘密仍然在等待着人们的发现。

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