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1、光环光环光环也指行星光环。行星的光环一般情况下由冷冻 气体和尘埃共同构成，其色彩由构成行星光环的物质微 粒的大小决定。构成行星光环的微粒体积不同对白色太 阳光的散射程度就有差异，体积较大的微粒对太阳光的散射接近色谱红色区域，而体积较 小的微粒则靠近蓝色。 土星环 土星环由蜂窝般的太空碎片、岩石和冰组成。主要的土星环宽度从 48 公里到 30.2 万 公里不等，以英文字母的头 7 个命名，距离土星从近到远的土星环分别以被发现的顺序命 名为 D、C、B、A、F、G 和 E.土星及土星环在太阳系形成早期已形成,当时太阳被宇宙尘埃 和气体所包围,最后形成了土星和土星环. 从另一个角度来看，土星反而独具
2、丰姿。伽利略第一次透过他原始的望远镜观察土星 时，发现它的形状有点奇怪，好像在其球体的两侧还有两个小球。他继续观察，发现那两 个小球渐渐变得很难看见，到 1612 年年底时，终于同时消失不见了。 其他天文学家也报告过土星的这种奇怪现象；但直到 1656 年，惠更斯才提出了正确的 解释。他宣称，土星外围环绕着一圈又亮又薄的光环；光环与土星不接触。 土星的自转轴和地球一样，也是倾斜的，土星的轴倾角是 26.73，地球则是 23.45。 由于土星的光环和赤道是在同一平面上，所以它是对着太阳（也对着我们）倾斜的。当土 星运行到其轨道的一端时，我们可由上往下看见光环近的一面，而远的一面仍被遮住。当 土星
3、在轨道的另一端时，我们就可由下往上看到光环近的一面，而远的一面依然被遮住。 土星从轨道的这一侧转到另一侧需要 14 年多一点。在这段时间内，光环也逐渐由最下方移 向最上方。行至半路时，光环恰好移动到中间位置，这时我们观察到光环两面的边缘连接 在一起，状如“一条线” 。随后；土星继续运行，沿着另一半轨道绕回原来的起点，这时光 环又逐渐地由最上方向最下方移动；移到正中间时，我们又看见其边缘连接在一起。因为 土星环非常薄，所以当光环状如“一条线”时就好像消失了一样。1612 年年底伽利略看到 的正是这种情景；据说由于懊恼，他没有再观察过土星。 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
4、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。 1826 年，德国血统的俄国天文学斯特鲁维把外面的环命名为环，把里面的环命名为 环。1850 年，美国天文学家 W.C.邦德宣称，还有一个比环更靠近土星的暗淡光环。这 个暗淡光环就是环，环与环之间并没有明显的分界。 在太阳系的任何地方都没有像土星环那样的东西(但后来发现天王星也有光环)，或者 说，用任何仪器我们也看不到任何地方有像土星环那样的光环。诚然，我
5、们现在知道，围 绕着木星有一个稀薄的物质光环，且任何像木星和土星这样的气体巨行星都可能有一个由 靠近它们的岩屑构成的光环。然而，如果以木星的光环为标准，这些光环都是可怜而微不 足道的，而土星的环系却是壮丽动人的。从地球上看，从土星环系的一端到另一端，延伸 269,700 公里（167,600 英里） ，相当于地球宽度的 21 倍，实际上几乎是木星宽度的 2 倍。 土星环到底是什么呢？J.D.卡西尼认为它们像铁圈一样是平滑的实心环。可是，1785 年拉普拉斯（后来他提出了星云假说）指出，因为环的各部分到土星中心的距离不同，所 以受土星引力场吸引的程度也会不同。这种引力吸引的差异（即我前面提过的潮
6、汐效应） 会将环拉开。拉普拉斯认为，光环是由一系列的薄环排在一起组成的，它们排列得如此紧密，以致从地球的距离看去就如同实心的一样。 可是，1855 年，麦克斯韦（后来他预言了电磁辐射宽频带的存在）提出，即使这种说 法也未尽圆满。光环受潮汐效应而不碎裂的惟一原因，是因为光环是由无数比较小的陨星 粒子组成的，这些粒子在土星周围的分布方式，使得从地球的距离看去给人以实心环的印 象。麦克斯韦的这一假说是正确的，现在已无人提出疑义。 法国天文学家洛希用另一种方法研究潮汐效应，他证明，任何坚固的天体，在接近另 一个比它大得多的天体的时候，都会受到强大的潮汐力作用而最终被扯成碎片。这个较小 的大体会被扯碎的
7、距离称为洛希极限，通常是大天体赤道半径的 2.44 倍。 这样，土星的洛希极限就是 2.44 乘以它的赤道半径 60,000 公里，即 146,400 公里， 环的最外边缘至土星中心的距离是 136,500 公里（84,800 英里） ，因此整个环系都处在洛希 极限以内。 （木星环也同样处在洛希极限以内。 ） 很明显，土星环是一些永远也不能聚结成一颗卫星的岩屑（超过洛希极限的岩屑会聚 结成卫星而且显然确实如此） ，或者是一颗卫星因某种原因过分靠近土星而被扯碎后留 下的岩屑。无论是哪一种情况，它们都是余留的一些小天体。 （被作用的天体越小，潮汐效 应也就越小，碎片小到某个程度之后，就不再继续碎裂
8、了，除非两个小天体相互间偶尔碰 撞。 ）据估计，如果将土星环所有的物质聚合成一个天体，结果将会是一个比我们的月亮稍 大的圆球。 木星环 随着行星际空间探测器的发射，不断揭示出太阳系天体中许多前所未知的事实，木星 环的发现就是其中的一个。早在 1974 年“先锋 11 号“探测器访问木星时，就曾在离木星约 13 万公里处观测到高能带电粒子的吸收特征。 两年后有人提出这一现象可用木星存在尘埃环来说明。可惜当时无人作进一步的定量 研究以推测这一假设环的物理性质。1977 年 8 月 20 日和 9 月 5 日美国先后发射了“旅行者 1 号“和“旅行者 2 号“空间探测器。经过一年半的长途跋涉，“旅行
9、者 1 号“穿过木星赤道面， 这时它所携带的窄角照相机在离木星 120 万公里的地方拍到了亮度十分暗弱的木星环的照 片。同年 7 月，后其到达的“旅行者 2 号“又获得了有关木星环的更多的信息。 根据对空间飞船所拍得照片的研究，现已知道木星环系主要由亮环、暗环和晕三部分 组成。环的厚度不超过 30 公里。亮环离木星中心约 13 万公里，宽 6000 公里。暗环在亮 环的内侧，宽可达 5 万公里，其内边缘几乎同木星大气层相接。亮环的不透明度很低，其 环粒只能截收通过阳光的万分之一左右。靠近亮环的外缘有一宽约 700 公里的亮带，它比 环的其余部分约亮 10，暗环的亮度只及亮度环的几分之一。晕的延
10、伸范围可达环面上下 各 1 万公里，它在暗环两旁延伸到最远点，外边界则比亮环略远。据推算，环粒的大小约 为 2 微米，真可算是微粒。这种微米量级的微粒因辐射压力、微陨星撞击等原因寿命大大 短于太阳系寿命。为了证实木星环是一种相对稳定结构这一说法，人们提出了维持这种小 尘埃粒子数量的动态稳定的几种可能的环粒补充源。 海王星环 由于拥有环的三颗行星土星、木星和天王星都属于类木行星，因而人们很自然会 去猜想第四个类木行星海王星是否也存在环。 美国杂志空间与望远镜1978 年 4 月号曾报道，1846 年 10 月 10 日就有人在 60 厘 米反射望远镜中用肉眼看到过海王星环，并在次年为剑桥大学天文
11、台台长查里斯所证实， 后者甚至得出环半径为海王星半径 1.5 倍的结论。但因后人在寻找海王星卫星的多次观测 中均未发现环，这件事就渐渐被人淡忘了。本世纪 80 年代在发现天王星环的鼓励下，不 少人试图通过海王星掩星事件来发现环，但对几次掩星观测结果的解释却是众说纷纭。有 人报道发现了环，有人则说不存在环。对报道发现环的观测结果也有人认为可用其他原因来解释而否定环的存在。总之，海王星是否有环一时成了悬案。 1989 年 8 月，“旅行者 2 号“探测器终于使这一悬案有了解答。当她飞近海王星时，发 现海王星周围有 3 个光环隐藏在尘面下，而且外光环很不一般，呈明显弧状，沿弧有紧密 积聚的物质。但有
12、关海王星环系的具体情况至今仍不太清楚，还需要人们更多的探测和研 究。 天王星环 由于相对运动的关系，远方恒星有时会移动到太阳系天体如月亮、行星或小行星的正 后方，这种现象称为掩星。掩星发生时，如果近距天体没有大气，星光便立即消失。如果 天体外围有大气，则星光在完全消失前会有一个略被减弱的过程。各类掩星发生的时刻可 以通过理论计算非常准确地作出预报。 1977 年 3 月 10 日曾发现一次天王星掩星的罕见天象，被掩的是一颗暗星。中国、美 国、澳大利亚等国的天文学家都对此进行了观测。意想不到的奇怪事情发生了，小星在预 报被掩时刻前 35 分钟出现了“闪烁“，也就是星光减弱又迅即复亮。这种闪烁一连
13、出现了好 几次。当这颗星经天王星背后复现，或者说掩星过程结束后，闪烁现象又重复出现。以后， 经过对观测结果的仔细研究，发现闪烁是因天王星环的存在而造成的。这是继 1930 年发现 冥王星后本世纪太阳系内的又一重大发现。由于天王星环非常暗弱，过去即使在大望远镜 中也从未直接观测到过。1978 年，美国用 5 米口径望远镜才在波长 2.2 微米的红外波段首 次拍摄到天王星环的照片。 在随后的几年，天文学家共辨认出 9 条光环这些环都很窄，一般不足 10 千米，其中一 条最宽的环叫 环，约 100 千米。这些环都很暗，即使用世界上最大的天文望远镜也不能 直接看到，因此虽然它们在本质上和土星光环并无区别，但天文学家却只称它们“环” ，而 不称它们“光环” 。 1986 年 1 月 24 日， “旅行者”2 号在探测天王星时不但证实了这些环的存在，还发现 了两条新环，使目前我们所知的王天星环达到 11 条。这些环大多是圆的，环与环相距较远。 只有 环较为特殊，是椭圆环。这些环有的呈深蓝色，有的偏红。环中的物质大部分是微 小的尘埃，间或也有拳头、西瓜大小的石块，偶尔还有卡车那么大的岩石，中间夹杂着一 些冰屑。
