土星環為什麼會有環縫?不應該是一個完整的環面嗎?

土星環中有環縫,其中卡西尼環縫更是通過望遠鏡可以看到。為什麼這些環縫可以穩定存在?
6 個回答
军机处留级大学士
2019-03-17

土星環為什麼會有環縫?不應該是一個完整的環面嗎?
土星無疑是太陽系提供的最華麗的景象之一,它被莊嚴的光環籠罩著。土星以它驚人的光環使它成為觀星者在天空中發現的最美麗的物體之一。即使通過小型望遠鏡也能看到宏偉的環形,儘管沒有太多細節。

土星環主要由冰構成,夾雜著塵埃粒子。土星有六個主要的環系統,它們之間有分界線。當一個小衛星離土星太近並破碎時,這些環可能已經形成,但是粒子也可能來自迷失的彗星或小行星。這些物質被認為相當年輕,只有幾億年的歷史,根據美國宇航局的說法,它們可能在未來一億年左右消散。

土星環為什麼會有環縫?不應該是一個完整的環面嗎?

通過望遠鏡,土星環看起來幾乎是實心的。一些早期天文學家,如讓-多米尼克·卡西尼,能夠識別出環中看起來像“缺口”或斷裂的東西。其中最大的是以著名天文學家卡西尼命名的。起初,人們認為裂縫是空的,但是20世紀的航天器照片顯示它們也充滿了物質。土星環中的縫隙是組成物質反光不同造成的。

土星環有六個環形組成,這些環又寬又薄,最寬的從地球延伸到282000公里,但在大多數地方只有幾十米厚。系統中有數以千計的環,每個環由數十億塊環繞地球的冰組成。環形粒子主要由非常純淨的水冰製成。大多數碎片都相當小,但有些有山那麼大,甚至有小城市那麼大。我們可以從地球上看到它們,因為它們很亮,反射很多陽光。環碎片通過重力相互作用和嵌在環中的小衛星保持在適當的位置。

土星環為什麼會有環縫?不應該是一個完整的環面嗎?

雖然科學家們一直知道土星有環,但他們不知道環存在了多長時間以及它們是何時形成的。有兩種主要理論。

理論一:生來如此

許多年來,科學家們一直認為這顆行星及其環是在太陽系歷史的早期形成的。他們認為這些環是由現有的物質形成的:塵埃粒子、岩石小行星、彗星和大冰塊。

這一理論一直佔據主導地位,直到1981年海盜號探測器首次進行探索。圖像和數據顯示了光環的變化,即使是在很短的時間內。卡西尼任務提供了科學家仍在分析的額外信息,表明環形物質在短時間內丟失。另一個關於環年齡的線索來自粒子非常純淨的水冰構成。科學家認為這意味著光環比土星年輕得多。

土星環為什麼會有環縫?不應該是一個完整的環面嗎?

隨著時間的推移,舊的冰顆粒會被灰塵變暗。如果這是真的,那麼我們現在看到的環可能不會追溯到土星的起源。

理論二:破碎的衛星

或者,目前的環系統可能是在大約兩億年前,當一個月球大小的衛星偏離土星太近,並由於土星巨大的引力而破裂時形成的。最終的碎片會落入土星軌道,形成我們今天看到的光環。在地球45億年的壽命中,這種衛星分裂的場景可能已經上演了很多次。根據這個理論,我們今天看到的光環只是最近的一組。

也有可能一個非常早期的“類似泰坦”的世界參與了光環的形成,形成了一個比今天看到的更大更大的系統。

土星環為什麼會有環縫?不應該是一個完整的環面嗎?

土星不是唯一有環的行星。巨大的木星,神祕的天王星,和寒冷的海王星也有。

不管土星環是如何形成的,它們都會隨著時間的推移而不斷變化,當較小的物體走得太近時,就會獲得物質。基於在卡西尼任務科學家認為這些環吸引行星際塵埃,這有助於補充隨著時間流失的物質。衛星在環內的活動也會導致環的變化。

土星環為什麼會有環縫?不應該是一個完整的環面嗎?

土星環的未來

科學家們有許多關於土星環如何消散的理論,但是大多數人同意它們可能不會持續很久。只有當一些東西靠得足夠近而被撕開時,新的環形才會形成。其他較小的粒子在被附近的衛星聚集時,可能會擴散到太空並消失在系統中。隨著衛星本身向外遷移,它們“聚集”的環狀粒子將會擴散開來。

土星環為什麼會有環縫?不應該是一個完整的環面嗎?

粒子可以“降雨”到土星,或者消散到太空。此外,流星體的轟擊和碰撞會將粒子撞出軌道。隨著時間的推移,這些動作會導致光環失去質量,最終完全消失。卡西尼號的數據表明,目前的環最多可能有幾億年的歷史。在消散到太空或地球之前,它們可能只能再持續一億年。這意味著土星的光環與行星本身相比是短暫的,而且在土星的一生中,較小的世界離土星太近,行星可能會有許多環。

科學家們確實同意一件事——時間對於一顆行星的一生來說意味著不同的事情,我們將能夠在幾千年後欣賞土星令人驚歎的光環。

土星環為什麼會有環縫?不應該是一個完整的環面嗎?

心系宇宙天地宽
2019-03-18

伽利略是最早看到土星環的人,但是他的望遠鏡不夠強大,分辨率不夠,他認為土星環是土星本體的一部分;

後來惠更斯用更好的望遠鏡觀察了土星環,對土星環作出了正確的描述;

土星環為什麼會有環縫?不應該是一個完整的環面嗎?

再後來卡西尼確定土星環由許多較小的環組成,中間並且有縫存在,其中最明顯的環縫之後被命名為卡西尼縫。

關於土星環的起源有很多觀點,主要的有兩種,一種認為有一顆土星衛星跌入土星的洛希極限後被撕碎而成,或者是一個脆弱的衛星被土星捕獲的彗星或小行星撞擊而形成;另一種觀點認為土星環是隨著土星一起在原始星雲中產生的。

土星環被環縫分割成很多部分,使得土星環的細節非常複雜,其中的每個環逢的成因各不相同。有兩條縫被確定為是由土星衛星與環上的物質產生軌道共振引起的波動造成的,其它的空隙還不知道成因。

(長圖警告)

土星環為什麼會有環縫?不應該是一個完整的環面嗎?

上圖由卡西尼探測器攜帶的小角度攝影機拍攝的自然顏色的土星環,拼接而成,從上(裡)到下(外),環逢將光環分為D、C、B、A、F五大部分。幾個主要的環逢分別是:

以意大利科學家朱塞佩·科倫坡命名的科倫坡縫,紀念他為土星環研究做出的重要貢獻。科倫坡縫在C環靠內側的位置,縫隙中有著明亮和很窄的科倫坡小環,中心距離土星的中心77 883公里,這個環有些微的橢圓而不是正圓。這個小環因為受到土衛六(泰坦)軌道共振的約束,有時也被稱為泰坦小環。在環的這個位置上,環上質點拱點進動的週期與土衛六的軌道週期剛好相同,因此這個偏心小環最外面的尾端總是指向著土衛六。

麥克斯韋縫在C環靠外側的位置,它也擁有一個密集但不圓的麥克斯韋小環。因為它在許多細節上與天王星的ε環相似,而天王星ε環是由天王星的衛星卡多利亞造成的,但迄今並沒有在麥克斯韋縫內或附近發現衛星。

惠更斯縫位在卡西尼縫的內側邊緣,它包含一個被命名為惠更斯小環的密集偏心環。這個小環展現出的幾何寬度和光深度隨著方位角不規則的改變,這可能是與土衛一的軌道有著2:1的共振,以及B環外緣的離心率對外緣造成的影響。

卡西尼縫介於A環和B環之間,寬達4800公里。卡西尼縫的內側邊緣受到強烈的軌道共振支配,在環縫位置上的物質微粒公轉週期是土衛一的兩倍。週期的不同造成土衛一持續拉扯環中粒子,擾動它們的軌道使它們堆積於此並導致環密度明顯的變化。但是在卡西尼縫中還有許多小環和其中的空隙,仍然無法解釋。

恩克環縫是在A環內的一個寬約325公里的縫隙,它是由軌道在環內的小衛星“潘”造成的。

基勒環縫是寬42公里的縫隙,位於A環內距離外緣約250公里處,它是以天文學家詹姆斯·愛德華·基勒之名命名的。這個環逢是被小衛星“達佛涅斯”掃蕩出來的。



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青岛地区第一英俊
2019-03-18

圖片是土星環的細分和結構,網上還有更清晰的……土星環裡的各種小環,縫,“部分”等等的細分,光名字百十個,土星環的軌道……用腦子想想就知道,那是一個極其複雜。

題主這個問題問的很扯……首先……環縫很多……然後……每個成因不盡相同……最後……別說挨個,就解釋明白幾個,都夠博士論文了……

作為普通人,只能根據已知的知識進行合理猜測……就和上學做題差不多……大體琢磨一個環縫的概略成因(環的物質構成,請自行維基google,科普知識切勿百度)

先看受力分析,在土星這個小體系內,對環能造成影響的,有土星,土星衛星,闖入土星體系的其他天體

看前2個影響大的(被土星引力捕獲的小天體進環,肯定會讓彌散物質產生“漣漪波紋”這是暫時的,就不加入到環縫成因了)

如果只有土星自己,土星引力使得環上彌散狀物質根據組成成分,大小,以及質量的不同,肯定要“分區”的,這個和吸積盤是一個道理,這一分區,自然會產生幾道環和幾道縫,但我們看到,土星環複雜的一屁……這顯然不是單單土星自己的引力吸積能搞的定的

我們又知道,土衛更加亂的一屁,最新數據是60多個確定軌道的,順行的逆行的,圓的橢圓的不規則的,大到比水星都大,小到幾公里~幾十公里直徑,還有環內衛星,也有周期性穿環而過的(這個就很好玩了)成因有吸積的,捕獲外來天體的,碰撞破碎的……還有“埋”在土星環內100幾十個小“衛星”直徑幾十米到幾百米不等,土星大了,事兒就這麼亂……因此,這幫孫子就會對土星環做點什麼,首先,引力,大的土星衛星對環上彌散物質產生牽拉影響,必然起到一個“收束”的作用,這就會產生額外的環縫,另外,肯定有軌道共振,土星環的彌散物質受到土衛軌道共振的影響,自然就會更細緻的“分區”產生更多的環縫,那更不用說環內運行的衛星,一遍遍的犁過去,也會有很多“縫”,這裡有個很有意思的東西,就是週期性穿環的衛星,會在環上搞出一道道的弧形“劃痕”……土衛太多太亂了,那些“埋”在環內幾百米幾十米直徑的那種“小土衛”受到正經土衛軌道共振的影響,再加上互相碰撞,更是軌道變化無常,一快一慢間……土星環又特麼多了一條縫。土星縫的成因……太特麼複雜,太特麼亂了,另外考慮到土星引力和土衛軌道共振變化,土星環上那些細小的縫,應該也會經常變化,最靠近土星的環,也會慢慢消失,環內衛星造成的以及大衛星軌道共振造成的大縫則變化的慢。往深層考慮,由於環上物質構成的不同,受軌道共振的影響也應該不同,土星的環不能是一個純粹的同心圓整體,而是互相不停變化,不停微微晃動的一組環(不討論同一道環上微觀組成,長期看,同軌的環上無數組成物之間,相對靜止,可以視做一道完整的環來研究軌道)。至於哪環,和哪個大土衛有軌道共振,得看專業研究,小環小縫忒複雜,專業人士也沒有挨個整明白……

環縫成因大概應該是這樣,具體到哪個環縫的成因,就太專業了,有些大的環縫成因是確定的,圖上寫了幾個,可以自行查閱,另外,題中說的卡西尼縫……其實應該叫卡西尼區域,卡西尼結構部,分別由軌道共振和環內土衛作用共同形成,他是土星A B環之間的一個結構部,由幾個環幾個縫構成,而不是一個“縫”


土星環為什麼會有環縫?不應該是一個完整的環面嗎?
平常人246089341
2019-03-18

土星環主要由水態冰組成,這些冰塊大小不一,小如砂粒,大的如石塊,土星光環的厚度約五十米。這些冰塊以每小時七點二萬千米速度繞土星旋轉,土星環有數千條,有幾條環距顯得非常寬,但大多數環排列緊密,環間隙看起來就像是光盤上的暗槽。

道友请留步
2019-03-18

萬有引力定律,一些大塊的冰塊和塵埃會吸在一起碰成大塊,越來越大就清理了自己的軌道。看起來環就會斷了。

手机用户59126556816
2019-03-18

卡西尼環縫。

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