奇妙的土星环

土星是太阳系的第六颗行星，它庞大的体积以及奇特的环状系统，使其成为天文学家最容易观测到的天体之一。自从望远镜第一次指向天空，土星环几个世纪以来一直吸引着天文学家的关注。

美国宇航局的卡西尼号飞船拍摄到的土星环。

在1610年，当望远镜第一次指向天空之际，伽利略虽然未能清楚地看出环的本质，但他还是成为观测土星环的第一个人。他在写给托斯卡纳大公的信上说到：“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著，并且彼此间没有相对的运动，它们的连线并且是与黄道平行的，并且中央的部分（土星本体）大约是两侧（环的边缘）的三倍大。”

伽利略的肖像。

在几年的观察中，他注意到土星环形状的改变，甚至是消失。在1612年，土星环以侧面朝向地球，因此看起来似乎是消失不见了，伽利略因此而感到困惑不解，“是土星吞掉了它的孩子？” 然后，在1613年他又再看见了环，这使伽利略更加困惑。

现在我们知道，伽利略观测到的是土星“环平面交叉”。土星的赤道相对于其环绕太阳的轨道倾斜27度（类似的，我们地球的赤道相对于地球绕太阳的轨道倾斜23度），当其绕着太阳公转时就会产生季节变化。当土星转到其昼夜平分点时，太阳直射到其赤道和外环上。土星环很宽，横跨170000英里（273600公里），但其却只有30英尺（10米）厚。

大而薄的土星环。

1655年，克里斯蒂安·惠更斯使用了一个比伽利略时代强大得多的望远镜，观测到了完整的土星环。惠更斯观测土星并写道：“土星，它被一个薄且平坦的环环绕着，什么地方都没有接触到，并且对黄道倾斜着。”但土星有环的说法直到1665年才被天文学家所接受。而关于土星环的结构，争论了将近200年。

1979年，先驱者11号飞越了土星环。80年代，旅行者1号和2号才真正地瞥到了土星环。2004年，NASA的卡西尼飞船首次进入土星的轨道，对土星和土星环进行了详细的观测。

卡西尼太空船从无光的一侧看见的土星环。

卡西尼号拍摄的卡西尼环缝，可以在中央偏右看见惠更斯缝。

卡西尼拍摄的D环影像，经过处理过后显示出环内微弱的波纹；出现在图左上部的是更明亮的C环。

土星环的组成与结构

土星环范围最大的是被卡西尼缝（在1675年被卡西尼发现）分隔的A环和B环，这两个环与在1850年发现的C环构成了主环。

受光侧的土星环，主要的细部构造加上的标示。

主环比较密集，且其包含的颗粒比“细小的尘埃环”更大。“细小的尘埃环”包含了向内一直延伸至土星云顶的D环，以及在主环系统外面的G和E环。“尘埃”这个字眼是用来描述散布在环内微粒之小（通常只有微米的大小）。它们的化学组成像主环一样，几乎都是碎冰。狭窄的F环，就在A环外侧的边缘，很难分辨，F环非常密集，包含的大多是尘埃大小的颗粒。

倾斜的 (4度角)卡西尼号的影像，由左至右依序为土星的C、B和A环，微弱的F环在足够大的图的上部，于光线充足的情况下可以看见。

从土星中心向外，依次是:D环-C环-B环-卡西尼缝-A环-洛希环缝-F环-"杰纳斯/艾皮米修斯"环-G环-"美索尼"环弧-"安德列"环弧-"帕勒涅"环-E环。

土星环的形成

土星环的年龄可能非常古老，形成时间可以追溯至土星本身的形成。目前有两种主要的土星环形成理论：一种理论是在19世纪提出的，起源于洛希极限，认为环原本是土星的一颗卫星，因为轨道的衰减而落入洛希极限的范围内，因不够紧密而被潮汐力扯碎。这种理论又演变出卫星被小行星或彗星撞击而瓦解的学说。从这种理论延伸的变化是卫星被一颗大的彗星或小行星碰撞而瓦解。第二种理论认为环并非来自卫星，而是从土星的原始星云中直接形成的。

按第一种原理，它似乎可能是由一颗比米玛斯大，直径大约300公里的卫星残骸组成的。这种碰撞最可能发生在大约40亿年前的后期重轰炸期。

艺术家在2007年描绘的土星环影像，冰冷的微粒聚集成环的固体部分。

冰屑的亮度和纯净被作为土星环比土星年轻许多的证据，可能相差了一亿年，因为降落的尘土会导致环的亮度降低。但是新的研究显示B环所拥有的质量足以稀释下落的物质，因此可以避免因为太阳系的年龄造成实质上的亮度变暗。环内的物质也许在碰撞中被瓦解后还能够回收再利用，这或许可以用来解释有些环中的物质仍然处在很年轻的状态。

由拉瑞·艾斯波席托（ Larry Esposito）领导的卡西尼UVIS团队，利用掩蔽恒星的技术在F环内发现了13个直径从27米至10公里的天体。它们都是半透明的，因此认为它们是由直径数米的冰砾暂时聚集起来的。 艾斯波席托相信这是土星环的基本结构体，微粒聚集在一起，然后又因撞击而炸开来。

编译/小三