土星環：不想說再見

林寬雨

在浩瀚的宇宙中如何當一個主角？有一個方法就是選一個好的地理位置，比如太陽，待在太陽系的中心，讓一群行星繞著自己轉，盡情享受主角的待遇。如果沒有一個好的地理位置，也可以像土星那樣自帶“光環”，這樣多少也有點主角的風采。不過，根據美國國家航空航天局發表的聲明，土星的“主角光環”似乎就要“到期”了，而且是沒辦法“續約”的那種。是什么原因讓巨大的土星環要離土星而去？咱們快去瞧一瞧吧。

“身體單薄”的土星環

在了解土星環的消失原因之前，咱們先來簡單回顧一下關于土星環的介紹。話說當意大利天文學家伽利略首次在望遠鏡里看到土星時，就發現土星有點不一樣。后來伽利略在手繪圖中畫了一大兩小3個圈，大的代表土星，小的他認為是土星的2顆衛星。在后來的觀測中人們發現，伽利略所說的衛星其實是環繞在土星周圍的土星環，并且不是2個，而是7個，從內到外依次為：D環、C環、B環、A環、F環、G環、E環。我們知道土星的直徑已經超過了10萬千米，而這7個環是把土星圈在內部的，也就是說即便是最小的D環，直徑也是比土星大很多。

可是，這么大的環怎么會出現消失的危機呢？答案是，土星環橫截面積再大也彌補不了它“身體單薄”的憂傷。你可能想象不到，這些直徑都達到了上萬千米的土星環，平均厚度竟還在“米”級徘徊。美國國家航空航天局曾發表過“卡西尼”拍攝的照片，照片中的土星被一根像細線一樣的東西一分為二，而這些像細線一樣的東西正是土星環?！吧眢w單薄”得如同薄紙，這樣的土星環會消失貌似也在情理之中。

意想不到的“破壞者”

著名的土星探測器“卡西尼”號在執行最后幾周任務時，曾先后22次從土星和它的光環之間穿過，在穿梭期間“卡西尼”邂逅了由光環顆粒組成的土星環雨，“親眼見證”了土星環演繹的消亡史。這么美麗壯觀的“主角光環”眼看就要消失了，身為“受害者”的土星是否會“悲傷”卻無人知，但有一點可以肯定，它自己也不會太“驚訝”，因為土星環消失的始作俑者正是土星本身。通過對比數十年前“旅行者1號”和“旅行者2號”拍攝的照片，美國國家航空航天局證實了土星環正在快速消亡，而消亡方式則是以冰質顆粒的形式墜入土星。

打破平衡，快速吞噬

是什么原因促使土星吞噬自己的“主角光環”？答案是土星打破了土星環的力平衡。據推測，土星周圍的土星環可能是因為衛星落入洛希極限的范圍內，最終被潮汐力扯碎形成的。不論這個推測是否正確，有一點是可以肯定的，就是這些組成土星環的顆粒本身受的力達到了平衡，使得它們在土星周圍穩定了下來。然而這些顆粒卻不能一直這么“安穩”地待下去，無論是太陽紫外線的輻射，還是微型隕石轟擊行星環時發生的等離子云，都可能給這些光環顆?！俺潆姟?。因為土星磁場的存在，帶了電的光環顆粒的力學平衡會被打破，在引力的吸引下，沿著磁場線墜向土星上層的大氣層。土星環絕大部分是由水冰組成的，當這些冰質顆粒到達大氣層后會融化成水并與土星的電離層發生化學反應。值得一提的是，這種化學反應會延長三氫陽離子的壽命，這是一種在接收到太陽光的能量后會發出紅外光的離子，人們就是通過探測這些紅外光，估算土星環墜入土星的降水量和其對土星大氣電離層的影響的。根據觀測到這一現象的美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心詹姆斯-奧多諾休的說法，綜合觀測推算出的結果和“卡西尼”探測器此前測到的數據可以得出，這些美麗的土星環將會在1億年內消失。雖然這個時間和我們的一生相比很漫長，但在年齡已經超過了40億年的土星眼里，這些“主角光環”存在的時間確實太短暫了。

知識鏈接：什么是洛希極限

洛希極限指的是，當一個小天體與另一個大天體之間的距離小到一定程度時，小天體在潮汐力的作用下會被撕碎，而保證小天體不被撕碎的極限值即為洛希極限值。計算出這一極限值的人是法國天文學家愛德華·洛希。要說明的一點是，并不是所有的天體在洛希極限內都會被撕碎，是否會被撕碎還需考慮體積、成分、內部構造等因素，像位于土星最內側的一顆衛星“土衛十八”，雖然在洛希極限內，但依舊“生活”得很好。