太陽(yáng)系平面——黃道面——上存在大量塵埃早已不是什么秘密。在秋季黎明之前或春季日落之后，尋一暗處就不難看到陽(yáng)光散射這些塵埃的產(chǎn)物——黃道光。在理想的暗夜之下，甚至還可以看到沿整個(gè)黃道分布的暗弱光帶，它也是夜空背景光的重要組成部分。
造就黃道光的塵埃整體來(lái)說(shuō)大致分布在扁平的餅狀區(qū)域內(nèi)，這就是所謂的黃道云（zodiacal cloud）。云中的塵埃大小在數(shù)十到數(shù)百微米之間，總質(zhì)量只相當(dāng)于一顆直徑十余千米的小行星。據(jù)信這些顆粒來(lái)自太陽(yáng)系中各種小天體碰撞事件，只是彗星和小行星對(duì)其貢獻(xiàn)孰大孰小尚存爭(zhēng)議。在輻射壓、太陽(yáng)風(fēng)壓、坡印亭-羅伯遜效應(yīng)、升華以及大天體動(dòng)力學(xué)過(guò)程的共同作用下，黃道云組分的壽命并不長(zhǎng)，所以云中以新近形成的塵粒為主。
黃道云的結(jié)構(gòu)顯然并不是鐵板一塊。到現(xiàn)在為止，研究者已經(jīng)在云中辨認(rèn)出了數(shù)道由短周期彗星留下的塵跡、一系列源于主帶小行星的塵帶，這也都在人們的預(yù)料之中。
除此之外，前述種種可以作用于云中塵埃的效應(yīng)以耗散力為主，所以它們環(huán)繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道也是一直處在衰減狀態(tài)中的，換句話說(shuō)，隨著時(shí)間的推移，塵埃的軌道近日點(diǎn)距離會(huì)逐漸減小。早年的一系列分析已經(jīng)證明，衰減軌道上的微粒更容易與質(zhì)量較大的攝動(dòng)天體構(gòu)成軌道共振，從而在黃道云中堆砌出塵埃密度較周邊更高的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。從理論上說(shuō)，這樣的共振環(huán)可以出現(xiàn)在任何一顆行星周?chē)?/p>
不過(guò)搜尋塵埃環(huán)的工作并不輕松。如前所述，黃道云的整體質(zhì)量不算很大，能夠分配到某一顆行星軌道上的塵埃數(shù)量自然是非常有限的。如此稀少的塵埃無(wú)論是散射陽(yáng)光還是自身發(fā)出的熱輻射，強(qiáng)度都不會(huì)很高；何況環(huán)體遵循行星軌道分布，自身的厚度和寬度也不小，因此在天空中占據(jù)的范圍極廣，只能通過(guò)大天區(qū)、高靈敏度觀測(cè)來(lái)一窺究竟。對(duì)于內(nèi)太陽(yáng)系的塵埃環(huán)來(lái)說(shuō)，由于這里的行星與太陽(yáng)的距離很近，研究者還要額外面對(duì)強(qiáng)烈陽(yáng)光的干擾。
另一道與金星密不可分的類(lèi)似環(huán)帶也在10多年前浮出了水面——這次是從20世紀(jì)70年代發(fā)射的太陽(yáng)神號(hào)探測(cè)器的數(shù)據(jù)存檔之中挖掘而出的，稍后這一發(fā)現(xiàn)又得到了日地關(guān)系觀測(cè)臺(tái)的證實(shí)。太陽(yáng)神號(hào)與日地關(guān)系觀測(cè)臺(tái)都是曾在日心軌道上運(yùn)行的太陽(yáng)觀測(cè)衛(wèi)星，且配備有用于測(cè)量黃道光的光學(xué)測(cè)光儀器。鑒于黃道光由塵埃散射陽(yáng)光形成，黃道光亮度的增加就意味著對(duì)應(yīng)區(qū)域塵埃密度的提升。根據(jù)日地關(guān)系觀測(cè)臺(tái)的數(shù)據(jù)，金星塵埃環(huán)也沒(méi)有嚴(yán)格遵循金星軌道分布，而且在最為靠近金星的地方也表現(xiàn)出了密度下降，這些特點(diǎn)倒是與地球環(huán)有點(diǎn)相似。
水星軌道上的塵埃分布就有些微妙了。一來(lái)這顆行星與太陽(yáng)的角距離甚小，考察其周邊環(huán)境困難重重；二來(lái)考慮水星較小的體積和太陽(yáng)風(fēng)作用，早先的理論認(rèn)為，水星軌道上很難捕獲足量塵埃形成環(huán)系，甚至還有觀點(diǎn)認(rèn)為太陽(yáng)系的最內(nèi)區(qū)理應(yīng)存在一個(gè)無(wú)塵區(qū)。只是在地球和金星塵埃環(huán)前景的污染之下，這一說(shuō)法很難得到證實(shí)——除非能夠前往太陽(yáng)附近。
深入日冕的帕克太陽(yáng)探測(cè)器就提供了這樣一個(gè)機(jī)會(huì)。在此背景之下，研究者以日地關(guān)系觀測(cè)臺(tái)的現(xiàn)有觀測(cè)為基礎(chǔ)，嘗試開(kāi)發(fā)能夠移除塵埃輻射、更好地解釋帕克觀測(cè)數(shù)據(jù)的方法。就在這一過(guò)程中，他們無(wú)心插柳般地找到了水星附近的共振環(huán)。當(dāng)然，這道塵埃環(huán)的存在與無(wú)塵區(qū)并不矛盾，因?yàn)楝F(xiàn)時(shí)我們并不能確定無(wú)塵區(qū)的內(nèi)邊界何在，這個(gè)問(wèn)題還有待帕克太陽(yáng)探測(cè)器在不久的將來(lái)去最終解答。
那么上述塵埃環(huán)究竟源于何方？地球軌道上的環(huán)系最容易解答：主帶巖質(zhì)小行星的碰撞。根據(jù)一系列模擬工作，碰撞產(chǎn)物在落向太陽(yáng)系中心的過(guò)程中受到地球引力的擾動(dòng)，并在地球軌道周?chē)e累起來(lái)。
不過(guò)，金星環(huán)就要麻煩一些了，單憑主帶小行星似乎并不能貢獻(xiàn)所有。近來(lái)有新的觀點(diǎn)認(rèn)為，金星附近一類(lèi)共軌小行星族群或許是環(huán)帶的主要物質(zhì)來(lái)源，而這些小行星甚至可能是太陽(yáng)系形成之初的殘余——不過(guò)這類(lèi)天體仍有待未來(lái)的觀測(cè)者去發(fā)現(xiàn)。至于水星軌道上的塵埃環(huán)，其存在性在2018年11月剛剛得到證實(shí)，追溯其來(lái)源就是下一步要解決的問(wèn)題了。
需要注意的是，所有這些塵埃環(huán)的物質(zhì)密度與周邊環(huán)境的相差都沒(méi)有那么大——水星共振環(huán)的密度只比背景高出了5%；金星的略高，達(dá)到了10%；地球環(huán)則更高一些。但是，對(duì)于天體力學(xué)家而言，環(huán)中的密度分布其實(shí)能夠提供大量關(guān)鍵信息，具體包括塵粒尺度、俘獲機(jī)制等。如斯皮策空間望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的地球共振環(huán)子結(jié)構(gòu)就意味著較大尺度的塵粒在其中占據(jù)主導(dǎo)，而根據(jù)DIRBE的測(cè)量得出的塵埃密度則能對(duì)應(yīng)較有效的塵埃俘獲過(guò)程。這些都反映了太陽(yáng)系生態(tài)的重要特性，對(duì)于全面了解塵埃生命循環(huán)來(lái)說(shuō)是不可或缺的，進(jìn)而將幫助天文學(xué)家深入認(rèn)識(shí)太陽(yáng)系演化的歷程。
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