土星的光环是有什么组成的?

土星的光环是有什么组成的?

1610年，意大利天文学家伽利略观测到在土星的球状本体旁有奇怪的附属物。1659年，荷兰学者惠更斯证认出这是离开本体的光环。1675年意大利天文学家卡西尼，发现土星光环中间有一条暗缝，后称卡西尼环缝。他还猜测，光环是由无数小颗粒构成。两个多世纪后的分光观测证实了他的猜测。但在这二百年间，土星环通常被看做是一个或几个扁平的固体物质盘。直到1856年，英国物理学家麦克斯韦从理论上论证了土星环是无数个小卫星在土星赤道面上绕土星旋转的物质系统。 土星环位于土星的赤道面上。在空间探测以前，从地面观测得知土星环有五个，其中包括三个主环（A环、B环、C环）和两个暗环（D环、E环）。B环既宽又亮，它的内侧是C环，外侧是A环。A环和B环之间为宽约5，000公里的卡西尼缝，它是天文学家卡西尼在1675年发现的。B环的内半径 91，500公里，外半径116，500公里，宽度是25，000公里，可以并排安放两个地球。A环的内半径121，500公里，外半径137，000公里，宽度15，500公里。C环很暗，它从B环的内边缘一直延伸到离土星表面只有12，000公里处，宽度约19，000公里。1969年在C环内侧发现了更暗的D环，它几乎触及土星表面。在A环外侧还有一个E环，由非常稀疏的物质碎片构成，延伸在五、六个土星半径以外。1979年9月，“先驱者” 11号探测到两个新环──F环和G环。F环很窄，宽度不到800公里，离土星中心的距离为2.33个土星半径，正好在A环的外侧。G环离土星很远，展布在离土星中心大约10～15个土星半径间的广阔地带。“先驱者”11号还测定了A环、B环、C环和卡西尼缝的位置、宽度，其结果同地面观测相差不大。“先驱者”11号的紫外辉光观测发现，在土星的可见环周围有巨大的氢云。环本身是氢云的源。 除了A环、B环、C 环以外的其他环都很暗弱。土星的赤道面与轨道面的倾角较大，从地球上看，土星呈现出南北方向的摆动，这就造成了土星环形状的周期变化。仔细观测发现，土星环内除卡西尼缝以外，还有若干条缝，它们是质点密度较小的区域，但大多不完整且具有暂时性。只有A环中的恩克缝是永久性的，不过，环缝也不完整。科学家认为这些环缝都是土星卫星的引力共振造成的，犹如木星的巨大引力摄动造成小行星带中的柯克伍德缝一样。“先驱者”11号在A环与F环之间发现一个新的环缝，称为“先驱者缝”，还测得恩克缝的宽度为876公里。由观测阐明土星环的本质，要归功于美国天文学家基勒，他在1895年从土星环的反射光的多普勒频移发现土星环不是固体盘，而是以独立轨道绕土星旋转的大群质点。土星环掩星并没有把被掩的星光完全挡住，这也说明土星环是由分离质点构成的。1972年从土星环反射的雷达回波得知，环的质点是直径介于4到30厘米之间的冰块。 探测器传回的土星照片让科学家非常吃惊,在近处所看到的土星环，竟然是碎石块和冰块一大片，使人眼花缭乱，它们的直径从几厘米到几十厘米不等，只有少量的超过1米或者更大。土星周围的环平面内有数百条到数千条环,大小不等,形状各异。大部分环是对称地绕土星转的，也有不对称的，有完整的、比较完整的、残缺不全的。环的形状有锯齿形的，有辐射状的。令科学家迷惑不解的是，有的环好像是由几股细绳松散的搓成的粗绳一样，或者说像姑娘们的发辫那样相互扭结在一起。辐射状的环更是令科学家大开了眼界而又伤透了脑筋，组成环的物质就象车轮那样，步调整齐的绕着土星转，这样岂不要求那些离的越远的碎石块和冰块运动的速度越快吗？这显然违背了目前已经掌握的物质运动定律。那么，这是一个什么样的规律在起作用呢？目前仍在探索中。

从远处看，土星的光环就像一条平滑的带子围绕着土星，但从近看观察，却完全不是这个样子，而是由冰块以及岩石碎片组成的，这些东西小的如灰尘，大的则像谷仓那么大，正是这些冰块才让整条光环闪闪发光，就像土星表面的光亮一样。而正是这种闪光让像库兹这样的科学家猜测土星光环可能非常年轻，仅仅几千万光年。据信，当这条光环围绕土星旋转时，把彗星的尘埃也席卷了去。土星光环看起来还没有变得“很暗”，这个事实也让科学家相信它们是最近才形成的。事实上，也许恐龙早在土星获得光环前就已经游荡在地球上了。库兹说：“关于土星光环形成的时间是一个我们要解答的大问题，有人认为，它们也许只有太阳系年龄的10%。” 尽管人类还不是特别了解，但还有几颗行星有光环，包括木星、天王星和海王星等，但这些星的光环比土星的光环要昏暗得多，也许也老得多。科学家希望通过分析土星光环中的碎片是如何随着时间发生变化的来推测它们的年龄以及它们还要在其轨道上存在多长时间，当然也要推测它们是如何在第一地点形成的。其实，就连光环构成的物质具体是什么也没有人说得清，也许是某颗月亮的碎片，也许是破碎了的彗星的残留物。 土星光环与众不同的样式还揭示，土星轨道上一些未被发现的小月亮以及进入光环碎片中的太空岩石。卡西尼小组成员的脑子里还有一个问题，那就是：是什么让土星光环有一种不同寻常的颜色？有一种理论认为这种颜色是由有机体造成的，也许是来自一些被毁坏的红色月亮，这些物质被碰撞成碎片进入了土星的光环，因而让光环也发出红色。