太陽(yáng)落山了，最后一抹晚霞也消失在地平線上。夜幕開始降臨，星星次第出現(xiàn)。在太陽(yáng)落山一個(gè)半小時(shí)后，如果你處在一個(gè)視野開闊的地方，向南方望去，你會(huì)發(fā)現(xiàn)天空中有兩顆明亮的相隔不太遠(yuǎn)的星星（注：這里描述的是2019年7-9月北半球的天象），其中左邊（南偏東）的那顆暗一些，它就是大名鼎鼎的土星。
此刻它位于人馬座，亮度是0.3等，在還不算太黑的夜空中熠熠生輝。史前人類也早就注意到它了，并且確認(rèn)它是一顆行星。古代中國(guó)人叫它鎮(zhèn)星/填星，五行學(xué)說(shuō)興起后又叫它土星，西方則以古羅馬農(nóng)神薩圖恩的名字（拉丁語(yǔ)：Saturnus）命名了它，英語(yǔ)世界叫它Saturn。土星是太陽(yáng)系第二大行星，距離太陽(yáng)約14億千米，繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)周期大約29年，目前它剛過(guò)沖日位置，太陽(yáng)落山后不久就出現(xiàn)在東南方向地平線上，正是觀測(cè)它的好時(shí)候。肉眼看上去土星平平無(wú)奇，但用望遠(yuǎn)鏡看過(guò)去就是另外一番模樣了。1610年7月25日，意大利天文學(xué)家伽利略·伽利萊將望遠(yuǎn)鏡指向土星，驚奇地發(fā)現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡里的土星兩邊各有一個(gè)小星，就好像土星長(zhǎng)有兩個(gè)耳朵一樣，他想公布這個(gè)發(fā)現(xiàn)，但又怕自己弄錯(cuò)，于是按照當(dāng)時(shí)學(xué)術(shù)界的習(xí)慣，把自己的發(fā)現(xiàn)用拉丁語(yǔ)寫出來(lái)，再打亂字母的先后順序，形成一段密語(yǔ)：smais mr mielmep oet ale umibuvnen ugttavir as【1】。伽利略的好朋友、天文學(xué)家開普勒對(duì)破解密語(yǔ)很有興趣，他反復(fù)嘗試，認(rèn)為伽利略寫的是“Salve umbistineum geminatum Martia proles”（向您致敬，火星的雙生子），意思是自己看到了火星的兩個(gè)衛(wèi)星。讓開普勒掃興的是后來(lái)伽利略公布的正確原文是：Altissimum planetam tergeminum observav（我看到最高的行星由三部分組成）。
早期天文學(xué)家用簡(jiǎn)陋的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)后繪制的土星草圖然而1612年年底伽利略發(fā)現(xiàn)土星的兩個(gè)小伴星慢慢消失不見，之后1616年他發(fā)現(xiàn)它們又重新出現(xiàn)，這讓伽利略迷惑不解。雖然受自己的望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)能力的限制，伽利略沒(méi)有發(fā)現(xiàn)那兩個(gè)所謂“伴星”究竟是什么東東，但這并不妨礙他是第一個(gè)觀測(cè)到土星環(huán)的人。將近40年后的1655年，26歲的荷蘭天文學(xué)家克里斯蒂安·惠更斯建造了一個(gè)像質(zhì)更好的、能放大50倍的長(zhǎng)筒望遠(yuǎn)鏡，并用它觀測(cè)了土星。他發(fā)現(xiàn)伽利略所看到的那兩個(gè)小星并不存在，實(shí)際上是一個(gè)固體的光環(huán)環(huán)繞著土星，為了保護(hù)自己的優(yōu)先權(quán)，在確認(rèn)自己的新發(fā)現(xiàn)之前他公布了一段新的字謎：aaaaaaa ccccc dd eeeee g h iiiiiii llll mm nnnnnnnnn oooo pp q rr s ttttt uuuuu。1659年他在拉丁語(yǔ)著作《土星系統(tǒng)》（Systema Saturnium）一書中給出了字謎原文：Annulo cingitur, tenui, plano, nusquam cohaerente, ad eclipticam inclinator（有環(huán)圍繞，環(huán)薄而平，沒(méi)有一處與本體相連，而與黃道斜交）。通過(guò)觀測(cè)，他也解釋了土星環(huán)定期消失一次的原因：土星環(huán)的軌道平面和地球公轉(zhuǎn)平面有一個(gè)夾角，每隔14到15年，地球會(huì)進(jìn)入土星環(huán)軌道平面，此時(shí)土星環(huán)側(cè)面正對(duì)著地球，由于它很薄，所以地球上無(wú)法看到。通過(guò)低倍率望遠(yuǎn)鏡看到的土星光環(huán)惠更斯的這個(gè)發(fā)現(xiàn)轟動(dòng)了歐洲學(xué)術(shù)界，連基督教都來(lái)湊熱鬧：梵蒂岡圖書管理員、神學(xué)家里奧·阿拉丟斯（Leo Allatius，1586 - 1669）就寫論文聲稱土星光環(huán)是跟隨耶穌·基督升天的包皮所變。這位天主教神學(xué)家想必還不知道土星光環(huán)的物理本質(zhì)，否則他絕對(duì)不敢如此信口開河。如上所述，惠更斯在著作中認(rèn)為圍繞土星的光環(huán)是一個(gè)固體的環(huán)，當(dāng)時(shí)絕大多數(shù)天文學(xué)家也同意這個(gè)看法。但1660年法國(guó)詩(shī)人讓?夏普蘭（Jean Chapelain）做出一個(gè)天才的判斷，他認(rèn)為土星光環(huán)是由無(wú)數(shù)小衛(wèi)星組成的。1675年法國(guó)天文學(xué)家讓-多米尼克·卡西尼（江湖綽號(hào)“老卡西尼”）發(fā)現(xiàn)土星光環(huán)中間有一道暗縫（后來(lái)被稱為“卡西尼縫”），土星環(huán)因此被分成了兩部分：環(huán)縫之外較暗的A環(huán)和內(nèi)側(cè)的B環(huán)，此外他還推測(cè)土星光環(huán)是由無(wú)數(shù)微小顆粒構(gòu)成的。但這只是猜測(cè)，并不能說(shuō)服大多數(shù)天文學(xué)家。卡西尼繪制的土星環(huán)草圖，他標(biāo)出了卡西尼縫的位置土星光環(huán)高分辨率照片，卡西尼縫和恩克縫清晰可辨此后一個(gè)多世紀(jì)里，只有英國(guó)天文學(xué)家威廉·赫歇爾對(duì)土星光環(huán)進(jìn)行了一些研究，他估測(cè)了土星環(huán)的厚度，并在1790年測(cè)出了土星光環(huán)的公轉(zhuǎn)周期是10小時(shí)32分鐘。 1837年，德國(guó)天文學(xué)家約翰·恩克在A環(huán)中間發(fā)現(xiàn)一條暗帶，這條暗帶后來(lái)被命名為“恩克縫”。1850年，英國(guó)天文學(xué)家威廉·邦德和喬治·邦德在B環(huán)內(nèi)側(cè)發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的光環(huán)，后來(lái)被稱做C環(huán)。兩年后，有幾名觀測(cè)者發(fā)現(xiàn)可以透過(guò)C環(huán)看到土星表面，這一發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重動(dòng)搖了土星環(huán)是實(shí)心固體環(huán)的傳統(tǒng)觀念。于是1856年，物理學(xué)家詹姆斯·麥克斯韋從數(shù)學(xué)上研究了土星環(huán)的穩(wěn)定性問(wèn)題，他最終得出結(jié)論：“如果這些環(huán)是固態(tài)和均勻的話，它們的運(yùn)動(dòng)就會(huì)是不穩(wěn)定的，因而它們就會(huì)被破壞；但它們并沒(méi)有被破壞，而且它們的運(yùn)動(dòng)很穩(wěn)定，故此它們要么是不均勻的、要么是非固態(tài)的”，“唯一能夠存在的環(huán)是由無(wú)數(shù)互不連接的小顆粒組成，它們圍繞著土星按各自的不同距離以不同的速度運(yùn)行和演化”。這篇重要的論文使麥克斯韋獲得了當(dāng)年的亞當(dāng)斯獎(jiǎng)。土星光環(huán)細(xì)節(jié)，卡西尼探測(cè)器拍攝在此之前，法國(guó)天文學(xué)家愛德華·洛希從另一個(gè)角度研究了土星環(huán)問(wèn)題，他研究了天體的潮汐力問(wèn)題。我們知道，根據(jù)萬(wàn)有引力定律，中心質(zhì)點(diǎn)的引力與受力物體到該質(zhì)點(diǎn)的距離的平方成反比，而實(shí)際物體是有大小的，它靠近中心質(zhì)點(diǎn)的一端和遠(yuǎn)離中心質(zhì)點(diǎn)的一端到中心質(zhì)點(diǎn)的距離存在微小的差異，這就意味著物體兩端受到的引力并不一樣，物體需要靠其內(nèi)部的凝聚力來(lái)對(duì)抗這種引力差，當(dāng)物體距離中心質(zhì)點(diǎn)的距離達(dá)到某個(gè)限度時(shí)，引力差會(huì)超過(guò)物體的凝聚力，這個(gè)物體就會(huì)分崩離析了。這個(gè)距離極限被稱作“洛希極限”，進(jìn)入洛希極限的大物體，無(wú)一例外都會(huì)被中心天體撕成碎片（著名的“火車彗星”——蘇梅克-列維9號(hào)彗星就是在1992年被木星引力俘獲，進(jìn)入其洛希極限，彗核被撕成了一長(zhǎng)溜小彗核，并于1994年再次經(jīng)過(guò)木星時(shí)被木星完全吸引而墜入木星大氣層）。土星環(huán)就位于土星的洛希極限之內(nèi)，因此它必然不是實(shí)心的固體環(huán)。蘇梅克-列維9號(hào)彗星，彗核被木星的潮汐力撕裂成一長(zhǎng)溜，1994年NASA拍攝就這樣，經(jīng)過(guò)了將近200年的探討，人們終于發(fā)現(xiàn)詩(shī)人讓?夏普蘭和天文學(xué)家老卡西尼的猜測(cè)是對(duì)的。之后的100年，天文學(xué)家通過(guò)各種途徑來(lái)研究土星光環(huán)，他們確定了土星光環(huán)的厚度不到15千米（1908年），甚至是只有2.4千米（1966年），而且還發(fā)現(xiàn)了通過(guò)A環(huán)能夠看到土星本體（1911年），這就再次證明土星環(huán)是由微小顆粒組成的。此外天文學(xué)家還發(fā)現(xiàn)土星光環(huán)中還有E環(huán)（1966年）和D環(huán)（1967年），并確認(rèn)它表面覆蓋有水冰。卡西尼號(hào)深入土星環(huán)后拍到的細(xì)節(jié)照片，密密麻麻的小亮點(diǎn)就是組成土星光環(huán)的碎屑自從20世紀(jì)50年代人類進(jìn)入空間時(shí)代起，天文學(xué)家就有一個(gè)夢(mèng)想，希望能夠近距離觀測(cè)土星環(huán)。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，從1973年開始，相繼有三個(gè)探測(cè)器被送入太空，踏上探索外太陽(yáng)系的慢慢旅程，它們分別是先驅(qū)者11號(hào)（1973年發(fā)射）、旅行者1號(hào)和旅行者2號(hào)（1977年發(fā)射）。1979年先驅(qū)者11號(hào)從遠(yuǎn)距離掠過(guò)土星，發(fā)現(xiàn)了F環(huán)，確認(rèn)了E環(huán)的存在。1980年到1981年旅行者1號(hào)和2號(hào)先后掠過(guò)土星，發(fā)現(xiàn)了G環(huán)，在B環(huán)上發(fā)現(xiàn)了“輻條”狀的結(jié)構(gòu)，探測(cè)器在近距離上看到土星光環(huán)由數(shù)千個(gè)小環(huán)組成，此外，在此前認(rèn)為是環(huán)縫的地方也發(fā)現(xiàn)了一些小環(huán)。探測(cè)器還先后確認(rèn)了幾顆牧羊人衛(wèi)星【2】。位于恩克縫里的牧羊人衛(wèi)星——土衛(wèi)十八，卡西尼號(hào)探測(cè)器所攝這三顆探測(cè)器取得的觀測(cè)結(jié)果令人耳目一新，然而美中不足的是這些探測(cè)器都只是路過(guò)土星，留下驚鴻一瞥之后就匆匆踏上新的征程。為了更好的研究土星系統(tǒng)，1997年，美國(guó)和歐洲聯(lián)合發(fā)射了一艘專門研究土星的無(wú)人探測(cè)器“卡西尼-惠更斯”號(hào)，2004年“卡西尼-惠更斯”號(hào)進(jìn)入環(huán)繞土星的軌道，2005年1月14日，探測(cè)器釋放的著陸器“惠更斯”號(hào)在土衛(wèi)六表面成功著陸并發(fā)回圖像，卡西尼號(hào)則一直圍繞著土星進(jìn)行觀測(cè)，2016年11月，即將耗盡推進(jìn)劑的卡西尼號(hào)按照地面指令開始降低高度，向土星環(huán)靠近，在近距離觀測(cè)并多次穿過(guò)土星環(huán)后，于2017年9月15日進(jìn)入土星大氣層燒毀。已經(jīng)粉身碎骨的卡西尼號(hào)在生命最終階段對(duì)土星環(huán)的近距離觀測(cè)大大擴(kuò)展了我們對(duì)土星環(huán)的了解。我們首先知道了土星環(huán)的年齡。天文學(xué)家們事先建立了土星環(huán)物質(zhì)總質(zhì)量和其年齡之間的關(guān)聯(lián)模型，然后利用卡西尼號(hào)在土星和土星環(huán)之間穿行時(shí)速度的變化，估算了土星環(huán)B環(huán)的總質(zhì)量（約為土衛(wèi)一質(zhì)量的40%），從而推算出土星環(huán)形成于約1000萬(wàn)年至1億年前，這要比土星本身的年齡（46億年）要年輕得多。這與另一組天文學(xué)家利用卡西尼號(hào)上的宇宙塵埃分析器獲得的數(shù)據(jù)估算的結(jié)果（土星環(huán)年齡在1.5億-3億年之間，或者更年輕）非常接近。換句話說(shuō)，土星環(huán)出現(xiàn)時(shí)，地球上很有可能還被恐龍統(tǒng)治著。我們也可以推算出土星環(huán)的壽命。天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)組成土星環(huán)的物質(zhì)（冰和塵埃）正在土星引力和磁場(chǎng)的作用下持續(xù)向土星表面墜落，形成所謂的“土星雨”，卡西尼號(hào)測(cè)算的結(jié)果是半個(gè)小時(shí)內(nèi)從土星環(huán)落到土星上的塵埃雨可以輕松填滿一個(gè)奧運(yùn)會(huì)專用游泳池。根據(jù)土星光環(huán)現(xiàn)在的質(zhì)量和它損失物質(zhì)的速度可以估算，土星環(huán)將在大約1億年后消失。此前天文學(xué)家對(duì)土星環(huán)的起源有兩種猜測(cè)，一種認(rèn)為是土星誕生之初殘留在土星軌道上的物質(zhì)形成了土星環(huán)，另一種則認(rèn)為是土星形成之后俘獲了一顆彗星或者柯伊伯帶【3】小天體，這個(gè)小天體在進(jìn)入土星的洛希極限后解體而形成了土星環(huán)?？ㄎ髂崽?hào)近距離觀測(cè)組成土星環(huán)的小顆粒之后，發(fā)現(xiàn)它們的表面非常明亮，如果它們是土星形成之初就誕生的，那么幾十億年之后它們的表面應(yīng)該覆蓋著黑色的塵埃。此外上文提到的土星雨使土星環(huán)不斷損失物質(zhì)，照卡西尼號(hào)觀測(cè)到的速度估算，土星環(huán)不可能有幾十億年的歷史。天文學(xué)家推測(cè)，土星環(huán)可能的起源是一顆彗星或者小行星撞上了土星的某顆衛(wèi)星，致使其破裂成碎片并改變軌道，進(jìn)入土星的洛希極限，之后持續(xù)撕裂，最終形成土星環(huán)。在這個(gè)過(guò)程中，碎片會(huì)受到其他土星衛(wèi)星的引力影響，因此在土星周圍某些區(qū)域會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不穩(wěn)定的情況，處在這些區(qū)域的物質(zhì)碎片會(huì)被吸引走或者彈走，從而形成“縫隙”。此外在光環(huán)中還會(huì)由于碎片相互碰撞而重新生成衛(wèi)星，它們對(duì)光環(huán)的物質(zhì)分布也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的影響。正是這些復(fù)雜的、相互交織的影響，造就了我們今天能夠看到的壯麗的土星環(huán)。天文學(xué)家相信，太陽(yáng)系中其他行星的光環(huán)也很有可能是同樣的機(jī)制生成的。卡西尼號(hào)已經(jīng)消失在土星濃密的大氣層里了，但人類對(duì)土星的近距離探測(cè)才剛剛開始。接下來(lái)，美國(guó)和歐洲將繼續(xù)合作執(zhí)行名為“土衛(wèi)六-土星系統(tǒng)任務(wù)”的深空探測(cè)計(jì)劃，預(yù)計(jì)將在2020年發(fā)射一個(gè)復(fù)雜的探測(cè)器。此外，中國(guó)計(jì)劃在2030年發(fā)射一個(gè)深空探測(cè)器，在探測(cè)完木星后，將于2045年造訪土星。相信這些人類的使者將會(huì)給我們帶來(lái)更多關(guān)于土星環(huán)的信息。現(xiàn)在，請(qǐng)你在合適的時(shí)間放下手頭上的事情，走出家門，仔細(xì)觀看一下夜空中那顆閃亮的行星。請(qǐng)想象一下正在圍繞著它運(yùn)動(dòng)的靜謐的巨大光環(huán)，想象一下它是如何誕生的，又將如何消亡，心中是否會(huì)有一種難以言說(shuō)的感覺(jué)？1，網(wǎng)絡(luò)上流傳的版本是smais mr milmep oet ale umibunen ugttauir as，經(jīng)我核對(duì)是錯(cuò)誤的。2，牧羊人衛(wèi)星（Shepherd moon）是存在于行星光環(huán)中的衛(wèi)星，它們能夠在行星環(huán)中清理出一個(gè)環(huán)縫，或者將環(huán)中的物質(zhì)保持在環(huán)內(nèi)而不至于飛散，就好像看管羊群的牧羊人一樣。3，柯伊伯帶（Kuiper belt）是美國(guó)天文學(xué)家杰拉德·柯伊伯為了解釋短周期彗星的來(lái)源而提出的一個(gè)假說(shuō)，該假說(shuō)認(rèn)為在海王星軌道之外存在一個(gè)充滿了處于冰封狀態(tài)的小天體的帶狀區(qū)域，這里的小天體如果受到引力攝動(dòng)而飛入太陽(yáng)系內(nèi)部，就會(huì)成為我們能看到的短周期彗星。1992年，天文學(xué)家找到了第一個(gè)柯伊伯帶天體（KBO），到現(xiàn)在為止已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大約1000個(gè)柯伊伯帶天體，它們的直徑從數(shù)千米到上千公里不等。
本站僅提供存儲(chǔ)服務(wù)，所有內(nèi)容均由用戶發(fā)布，如發(fā)現(xiàn)有害或侵權(quán)內(nèi)容，請(qǐng)
點(diǎn)擊舉報(bào)。
