行星周圍的圓環(huán)是由什么組成的？

探秘行星圓環(huán)

星際邂逅——環(huán)帶的奧秘

在卡西尼號(hào)飛船的照片中，可以看到土星的衛(wèi)星普羅米修斯、潘多拉和愛庇墨修斯在行星的光環(huán)中。潘、達(dá)比尼斯、阿特拉斯、潘多拉和厄庇墨修斯的新觀點(diǎn)都有所暗示 這可能是造成這些衛(wèi)星的形狀和顏色很奇怪的原因。

(圖片來源：美國(guó)國(guó)家宇航局/噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室)

帝國(guó)的形式

我們很多人都很熟悉土星及其明顯的環(huán)的圖片。事實(shí)上，土星并不只有一個(gè)環(huán)——如果你通過望遠(yuǎn)鏡看，你會(huì)看到土星 至少有八個(gè)環(huán)。這被稱為環(huán)形系統(tǒng)。

土星并不是唯一有光環(huán)的行星。木星、海王星和天王星也都有光環(huán)系統(tǒng)，但它們的光環(huán)更小、更暗，也更難看到。

這些環(huán)由數(shù)十億個(gè)環(huán)繞其行星運(yùn)行的微粒子組成的。這些粒子的組成因行星而異。即使是同一個(gè)環(huán)系統(tǒng)中環(huán)的物質(zhì)構(gòu)成也不同。

無(wú)線電波

我們通過計(jì)算它們的大小和重量，開始了解這些粒子的組成。一種方法是使用無(wú)線電掩星的技術(shù)。

太空中磁場(chǎng)變化的物體——比如行星甚至太空衛(wèi)星——會(huì)產(chǎn)生無(wú)線電波。當(dāng)這些無(wú)線電信號(hào)穿過行星周圍的環(huán)時(shí)，環(huán)中的粒子會(huì)以不同的方式影響它們，這取決于粒子的大小和它們的重量。如果無(wú)線電信號(hào)顯示這些粒子很重，它們可能是由鐵之類的物質(zhì)構(gòu)成的。較輕的顆粒可能是由密度較低的材料制成的，比如鋁。

我們還可以測(cè)量粒子的反射性，以幫助確定它們的組成，以及它們所處的狀態(tài)——比如它們是液體還是固體。水可以以不同的狀態(tài)出現(xiàn)：它可以是液體，但也可以是固態(tài)的冰或雪。冰比水的反射性更強(qiáng)，而雪則極具反射性——比冰或水更強(qiáng)。多虧了這樣的測(cè)量，我們知道土星環(huán)的粒子大部分是由水冰組成的。

在這張由卡西尼號(hào)航天器拍攝的照片中，太陽(yáng)穿過土星光環(huán)時(shí)，陰影籠罩著土星的南半球。這張照片是2016年3月19日用飛船的廣角相機(jī)在紅光下拍攝的。

(圖片來源：美國(guó)宇航局/噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室 -加州理工學(xué)院/空間科學(xué)研究所)

木星的環(huán)系統(tǒng)是由細(xì)小的塵埃顆粒組成的，但它們不是像土星那樣的水冰顆粒。相反，這些粒子很可能是由巖石組成的，由類似于小行星和巖石衛(wèi)星的物質(zhì)組成。

雖然天王星的光環(huán)是由什么組成的還不清楚，但它們很暗，反射性也不強(qiáng)。這表明它們不是由水冰組成的。相反，它們可能是由碳或含有碳(如木炭)的灰塵顆粒。

海王星的光環(huán)比天王星的還要暗，其密度表明它們由更細(xì)微的塵埃組成?？赡軄碜阅撤N碳或者碳的同價(jià)位的混合物，比如甲烷冰。

測(cè)量光

為了獲得更詳細(xì)的環(huán)的結(jié)構(gòu)信息，科學(xué)家們檢查了粒子發(fā)出的光。我們通過把光分解成一道彩虹來做到這一點(diǎn)，就像雨點(diǎn)一樣，把陽(yáng)光分解成一道彩虹。這種彩虹被稱為光譜，它可以告訴我們關(guān)于粒子的顏色和它們的組成等詳細(xì)信息。目前，土星是唯一一顆我們通過高分辨率光譜解密環(huán)的行星。

測(cè)量土星環(huán)粒子的光譜過程中，我們發(fā)現(xiàn)，除了水、冰，它們還含有鐵和被稱為索林的有機(jī)物質(zhì)，這使它們具有輕微的紅色。有的環(huán)粒子微如塵沙，有的則像雙層巴士一樣大。

一款名為詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的新望遠(yuǎn)鏡將很快幫助我們更詳細(xì)地觀察這些環(huán)系統(tǒng)，并它們的光譜，以進(jìn)一步了解它們的制造，有了這臺(tái)新望遠(yuǎn)鏡，我們甚至可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更多衛(wèi)星周圍的環(huán)，而不僅僅是行星。

相關(guān)知識(shí)

土星環(huán)是太陽(yáng)系行星的行星環(huán)中最突出與明顯的一個(gè)，環(huán)中有不計(jì)其數(shù)的小顆粒，其大小從微米到米都有，軌道成叢集的繞著土星運(yùn)轉(zhuǎn)。環(huán)中的顆粒主要成分都是水冰，還有一些塵埃和其它的化學(xué)物質(zhì)。

雖然環(huán)的反射能夠增加土星的視星等（亮度），但從地球僅憑肉眼還是看不見環(huán)。在1610年，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡第一次指向天空之際，伽利略雖然未能清楚的看出環(huán)的本質(zhì)，但他還是成為觀察土星環(huán)的第一個(gè)人。在1655年，惠更斯成為第一個(gè)描述環(huán)是環(huán)繞土星的盤狀物的人[1]。

雖然許多人都認(rèn)為土星環(huán)是由許多微細(xì)的小環(huán)累積而成的（這個(gè)觀念可以回溯至拉普拉斯）[1]，并有少數(shù)真實(shí)的空隙。更正確的想法是這些環(huán)是有著同心但是在密度和亮度上有著極值的圓環(huán)盤。在叢集的尺度上，圓環(huán)之間有許多空洞的空間。

在環(huán)的中間有一些空隙：有兩條已經(jīng)知道是與被埋藏在環(huán)中的衛(wèi)星產(chǎn)生軌道共振引起的波動(dòng)造成的，其它的空隙還不知道成因。穩(wěn)定的共振，另一方面，也維系了一些環(huán)長(zhǎng)期的存在，像是泰坦環(huán)。

BY: Maggie Lieu

FY:jane

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