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土星是如何正在“吃掉”自己的光环?
12-20 10:01:42 来源:科普中国

凝视土星

太阳系几大亮行星“金木水火土”之一的土星,自古为人所知。它的英文名Saturn来自罗马神话中农神之名,这与其以“土”命名的中文名字似有暗合。 

这颗土黄色光泽的行星,直到近代望远镜发明之后,才开始向世人揭示它的神奇魅力。1610年,意大利天文学家伽利略率先将望远镜指向了土星。 

他发现土星并不止有单一圆面,在其两侧似乎有一对对称的突起。伽利略的望远镜分辨率有限,他在手绘图中将这对突起绘成两个比土星本体稍小的圆圈,并认为这是土星的两颗卫星。1612年,伽利略发现“两颗卫星”不见了;不过没用多久,努尔哈赤建立后金同年的1616年,土星光环再次出现在了伽利略的手绘中,这次他绘制出了一个圆环形状,只是在他的手绘图中,圆环上下两端都被土星遮盖,显示出伽利略当时还是没有搞清光环围绕土星的事实。   

伽利略手绘土星,上图绘于1610、下图绘于1616年

伽利略手绘土星,上图绘于1610、下图绘于1616年

(图片来源:伽利略手绘)

1659年,荷兰天文学家惠更斯使用成像质量更好的望远镜对土星进行了观测。他正确地解释了土星光环发生变化的原因:光环在空间中指向固定的方向,当它在一个“土星年”(大约30个地球年)中以不同的取向朝向地球时,我们会看到光环由丰盈到消失、往复循2环的过程。

惠更斯还发现了土星最大的卫星,现名为土卫六的“泰坦”(Titan)。不到20年后,天文学家卡西尼发现土星的另外4颗卫星,还首度观测到土星光环最显著的特征、现在被称作“卡西尼环缝”的物质稀疏区域。 

示光环角度随时间的变化,图中明显可见卡西尼环缝

示光环角度随时间的变化,图中明显可见卡西尼环缝

(图片来源:哈勃太空望远镜拍摄的土星)

土星光环的本质让几个世纪的天文学家感到困惑。19世纪,美国天文学家基勒指出,土星光环由不连续的很多微粒组成,并非单一连续刚体——这在我们今天看来,是显然的,没有任何物体能承受那么大的剪切力而不碎裂。这在1981-1982年旅行者一号、二号探测器飞越土星之后,变得再明显不过:旅行者号对土星光环所摄得的照片中,我们已经发现了土星光环微粒在引力扰动下所呈现的一些暂现形态,一个动态的、有生命力的土星光环已经呼之欲出。

土星和变化之中的土星光环F环

土星和变化之中的土星光环F环

(图片来源:旅行者号拍摄)

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