有人曾經告訴我,上帝創造土星時開心得不得了所以他給土星帶上了壹個“戒指”。但這個人也告訴過我鴿子只是長了翅膀的老鼠而已。前者是再明顯不過的錯誤,後者卻還在被人爭論。所以,土星環到底是怎麽形成的呢?讓我們接著往下看。
土星是我們太陽系的第二大行星,大到可以容納下700個地球。土星周圍還環繞著壹圈十分漂亮的土星環。因為這兩個特點,不論是普通觀星者還是天文學家,都可以輕松地從天空中認出土星。土星並不是唯壹壹個擁有行星環的星球,木星,天王星和海王星也擁有星環。但是它們的星環都不及木星環明亮和集中。
當伽利略第壹次觀測到這顆行星時,他把木星環誤認為是兩顆位於木星兩邊的衛星。通過進壹步觀察,他發現星環常常因為與地球傾斜角度或者視線的變化而改變形狀或者直接消失不見。從那以後,科學家開始沈迷於研究這種現象並且渴望破解它的構成。
土星環並不是壹圈圈的太空巖石,而是真的由物質組成,這些物質小到細沙,大的能有壹座山的大小。土星環的主要組成成分是水和冰的混合物,同時,經過成千上萬年流星的撞擊,這些星環又捕獲了成噸的巖石。
土星環的形成
有好幾種假說可以解釋土星環的形成。
流星說
有壹種假說認為,土星附近的流星和小行星屈服於這顆巨大行星無法逃脫的引力,被撕成碎片,從而形成了土星環。壹些小行星甚至可能撞擊到土星,從而產生的碎屑和灰塵落入到土星軌道,從此再也沒有離開。
也有壹種可能就是壹場撞擊導致另壹場撞擊,形成撞擊的鏈式反應,大塊的碎片不斷變成更小的碎片,直到這個系統形成壹個穩定的局面。盡管這個理論可以解釋土星環的巖石成分,但它解釋不了占了土星環90% 的冰水混合物的形成。
冰冷的衛星
另壹種現在十分流行的假說認為土星環是土星衛星殘留物。與它的鄰居相比,土星擁有為數眾多的衛星----有大概60個這麽多!但是,土星的大多數衛星----除了泰坦----都非常小,只有13顆的直徑超過了50千米。
壹種可能是在45億年前,土星的原始衛星形成了,但這顆衛星沒能獲得穩定的軌道,最終落向了木星。撞擊磨去了衛星的表層,只留下壹個巖石的核。我們估計,這個剩下的核也在壹萬年左右的時間裏向木星跌落,從而產生了數量巨大的灰塵加入星環的行列。
土星的木星----就像木星的衛星----都擁有硬冰的成分。所以,這個理論可以解釋為什麽木星環主要由冰和水構成。水是由冰融化形成的,這也解釋了木星環體積的縮小。
土星環的結構
土星不只有壹個星環,而是擁有好幾個互相獨立的星環。星環之間的區分說明土星被許多小環組成的星環環繞著。這些小環被根據它們發現的順序命名:環A,B,C是最早被發現的,它們組成半徑依次漸小的同心圓。接著,旅行者1號在1980年發現了最內層的D環。F環在A環的外層,G和E環位於離木星最遙遠的地方。
這些表面被搶走的悲慘衛星幸運地存活下來,並且依舊影響著星環的結構和成分。卡西尼號探測器發現有壹些衛星沿著它們的運動軌跡拋出物質,這個行為在G環的形成過程中很明顯。同樣,土衛二(恩賽勒達斯)也參與了E環的形成。
上述假說可以解釋這其中壹些被觀察到的活動,但另壹些被觀察到的活動仍舊被謎團籠罩。另壹個異常現象是,即使這些星環沒有人們壹貫認知中的外太空物體那樣厚,它們之間的空隙和距離仍在數千英裏的尺度上。
那些關於土星環的“超自然”
當伽利略將他的望遠鏡指向頭頂的燦爛星空,他的好奇心和刻意的努力都是這個震驚世人的發現中不可或缺的。這種在絕對的黑暗中穿梭並且最終把目光落在了這個壯麗的行星上行為,有壹種不可言說的超自然特征存在其中。對我來說,說是上帝慷慨地將這個行星賜予我們,將這個行星獨特,漸進和美麗的創作過程變成壹個黑盒子,任何試圖窺視的嘗試都被拒絕了。
土星和土星環的形成讓我想起了尊敬的天文學家和科學作家卡爾·薩根在他的書《接觸》中寫下的壹些文字。這些文字是書中的主人公----他也是壹位天文學家----的壹段針對被孩童質疑和追尋,以及科學探索之美的對話:
“這位神學家似乎認識到壹種神聖之感的特殊性。他把這種非理性的神聖之感稱之為‘本性敬畏’。面對神秘之震驚,人們感覺自己完全成了微不足道的,如果我理解得不錯的話,這可不是說個人自己的異化或疏離。他把這個本性敬畏視為壹種‘完全外在的他物’,而把人類對它的反應,視為‘絕對驚恐’。現在,如果當宗教的信徒使用類似神聖、神明這樣的字眼兒的時候,指的就是這種精神狀態,那麽我同意,他們就是這樣。我認為,官僚機構化的宗教就是試圖把妳的本性敬畏之感制度化、體制化,而不是給妳提供方便,讓妳自己直接感受本性之敬畏——就像通過壹架口徑六英寸的望遠鏡向外觀察壹樣。“