土星環(huán)：不想說再見

林寬雨

在浩瀚的宇宙中如何當(dāng)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(zhuǎn)，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(huán)”，這樣多少也有點(diǎn)主角的風(fēng)采。不過，根據(jù)美國國家航空航天局發(fā)表的聲明，土星的“主角光環(huán)”似乎就要“到期”了，而且是沒辦法“續(xù)約”的那種。是什么原因讓巨大的土星環(huán)要離土星而去？咱們快去瞧一瞧吧。

“身體單薄”的土星環(huán)

在了解土星環(huán)的消失原因之前，咱們先來簡單回顧一下關(guān)于土星環(huán)的介紹。話說當(dāng)意大利天文學(xué)家伽利略首次在望遠(yuǎn)鏡里看到土星時，就發(fā)現(xiàn)土星有點(diǎn)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(rèn)為是土星的2顆衛(wèi)星。在后來的觀測中人們發(fā)現(xiàn)，伽利略所說的衛(wèi)星其實(shí)是環(huán)繞在土星周圍的土星環(huán)，并且不是2個，而是7個，從內(nèi)到外依次為：D環(huán)、C環(huán)、B環(huán)、A環(huán)、F環(huán)、G環(huán)、E環(huán)。我們知道土星的直徑已經(jīng)超過了10萬千米，而這7個環(huán)是把土星圈在內(nèi)部的，也就是說即便是最小的D環(huán)，直徑也是比土星大很多。

可是，這么大的環(huán)怎么會出現(xiàn)消失的危機(jī)呢？答案是，土星環(huán)橫截面積再大也彌補(bǔ)不了它“身體單薄”的憂傷。你可能想象不到，這些直徑都達(dá)到了上萬千米的土星環(huán)，平均厚度竟還在“米”級徘徊。美國國家航空航天局曾發(fā)表過“卡西尼”拍攝的照片，照片中的土星被一根像細(xì)線一樣的東西一分為二，而這些像細(xì)線一樣的東西正是土星環(huán)?！吧眢w單薄”得如同薄紙，這樣的土星環(huán)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(zhí)行最后幾周任務(wù)時，曾先后22次從土星和它的光環(huán)之間穿過，在穿梭期間“卡西尼”邂逅了由光環(huán)顆粒組成的土星環(huán)雨，“親眼見證”了土星環(huán)演繹的消亡史。這么美麗壯觀的“主角光環(huán)”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(diǎn)可以肯定，它自己也不會太“驚訝”，因?yàn)橥列黔h(huán)消失的始作俑者正是土星本身。通過對比數(shù)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(shí)了土星環(huán)正在快速消亡，而消亡方式則是以冰質(zhì)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(huán)”？答案是土星打破了土星環(huán)的力平衡。據(jù)推測，土星周圍的土星環(huán)可能是因?yàn)樾l(wèi)星落入洛希極限的范圍內(nèi)，最終被潮汐力扯碎形成的。不論這個推測是否正確，有一點(diǎn)是可以肯定的，就是這些組成土星環(huán)的顆粒本身受的力達(dá)到了平衡，使得它們在土星周圍穩(wěn)定了下來。然而這些顆粒卻不能一直這么“安穩(wěn)”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(huán)時發(fā)生的等離子云，都可能給這些光環(huán)顆?！俺潆姟薄Ｒ?yàn)橥列谴艌龅拇嬖?，帶了電的光環(huán)顆粒的力學(xué)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(huán)絕大部分是由水冰組成的，當(dāng)這些冰質(zhì)顆粒到達(dá)大氣層后會融化成水并與土星的電離層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。值得一提的是，這種化學(xué)反應(yīng)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(fā)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(huán)墜入土星的降水量和其對土星大氣電離層的影響的。根據(jù)觀測到這一現(xiàn)象的美國國家航空航天局戈達(dá)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(jié)果和“卡西尼”探測器此前測到的數(shù)據(jù)可以得出，這些美麗的土星環(huán)將會在1億年內(nèi)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(jīng)超過了40億年的土星眼里，這些“主角光環(huán)”存在的時間確實(shí)太短暫了。

知識鏈接：什么是洛希極限

洛希極限指的是，當(dāng)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(xué)家愛德華·洛希。要說明的一點(diǎn)是，并不是所有的天體在洛希極限內(nèi)都會被撕碎，是否會被撕碎還需考慮體積、成分、內(nèi)部構(gòu)造等因素，像位于土星最內(nèi)側(cè)的一顆衛(wèi)星“土衛(wèi)十八”，雖然在洛希極限內(nèi)，但依舊“生活”得很好。