行星环（围绕行星旋转物质构成的环状带）

基本介绍

行星环欣赏

行星环的形成有三种可能的方法：来自原本就存在于洛希极限内，不能形成卫星的原行星盘物质；来自天然卫星遭受巨大撞击后产生的碎屑；或是在洛希极限内受到潮汐力拉扯而瓦解的天然卫星产生的碎屑。多数的环被认为是不稳定的，经过数千万或数亿年的岁月后就会消失，但是土星环看起来非常的古老，可以追溯至太阳系的早期。

环内的微粒有各种不同的组成，它们可能是硅酸盐或冰的尘粒，也可能有大的岩石和卵石，并且于2007年在土星环内侦测到来自8颗小卫星造成的潮汐效应。

组成物质

行星环

行星环

光环形成

早在1850年，法国数学家洛希就推断出：由行星引力产生的起潮力能瓦解一颗行星，或瓦解一颗进入其引力范围的过往天体。这种起潮力能够阻止靠近行星运转的物质结合成一个较大的天体。洛希极限，是一个重力稳定性的区域。据此，科学家们对行星环的成因进行了三种推测；第一，由于卫星进入行星的洛希极限内，从而被行星的起潮力所瓦解；第二，位于洛希限内的一个或多个较大的星体，被流星撞击成碎片而形成光环；第三，太阳系演化初期残留下来的某些原始物质，因为在洛希极限内绕太阳公转，而无法凝集成卫星，最终形成了光环。

不过，对于光环的成因，科学家们目前还只能是进行猜测而已。更令他们疑惑不解的问题是那些窄环的存在，因为根据常规，天体碰撞、大气阻力和太阳辐射都会对窄环造成破坏，使它消散在空间。究竟是什么物质保护着窄环使其存在呢？一些学者提出，一定有一些人们尚未观测到的小卫星位于 行星光环窄环的边缘，它们的万有引力使窄环得以形成并受到保护。这种观点被人们后来的发现所证实，因为人们不仅在土星而且在天王星的窄环中，也发现了两颗体积很小的伴随卫星，它们的复杂运动相互作用，使光环内的物质运动也缺乏规律性，也许这正是不同的行星环具有不同的形态的原因所在。

伽利略号 的木星主环影像

行星光环是怎样形成的呢？首先，行星本身所在的空间的温度应足够低，以便能够保留大量的原始时期的颗粒物质，其次，行星的质量也要足够大，使行星的洛西限控制的空间半经延伸得足够远，很显然，类地行星不具备这样的条件，因此它们也就没有这样的光环存在，有光环的只可能是类木行星等一类质量较大、距离太阳较远的行星，这就是行星的光环为什么只存在于类木行星周围的原因，但是这个原因只是形成行星光环的一个基本原因，实际情况还是会因具体行星的情况不同而不同，木星由于质量大，引力收缩时期产生的热量多，因而驱逐了星体周围的较多原始的剩余物质，形成的光环较窄，为石质的，而根据近年来的观测资料，土星的光环可能不是原先自发形成的，而是一颗大卫星碰撞破碎后瓦解而成的，只是碎片落在洛西限以内，不能再形成卫星而已，至于这颗大卫星本身，可能是它先前所俘获的一个天体，而天王星和海王星的光环为石质和冰质颗粒相间组成，且环的宽度较大，其内部的部分可能是由于单纯的洛西限作用形成的，而它的外围部分则可能是由于更远处的几颗大卫星的潮汐摄动造成的，这种摄动和木星对小行星带的摄动一样，将其轨道内的大部分原始的颗粒物质拉出，使剩余物质不能再因自身的引力聚合起来，形成较大的天体所致。举例

木星环

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。

行星光环

土星环位于土星的赤道面上。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. 在空间探测以前，从地面观测得知土星环有五个，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，

在太阳系的任何地方都没有像土星环那样的东西，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。

1610，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。天文学家卡西尼在1675年发现A环和B环之间为宽约5，000公里的卡西尼缝，1826年，德国血统的俄国天文学斯特鲁维把外面的环命名为A环，把里面的环命名为B环。1850年，美国天文学家W.C.邦德宣称，还有一个比B环更靠近土星的暗淡光环。这个暗淡光环就是C环，C环与B环之间并没有明显的分界。

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，A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。

天王行星光环

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ε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ε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。

海王星光环

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。

2015年1月27日，天文学家探测到首个像土星一样拥有环状系统的太阳系外行星。这一光环十分巨大，如果“套”在土星上，会在夜晚看到比满月大数倍的光环。

这一行星名为J1407b，距离地球420光年，围绕褐矮星J1407运转。它拥有30多个光环，光环总直径达1.2亿公里，是土星环的200多倍。

荷兰莱顿天文台和美国罗切斯特大学的研究人员表示，他们在J1407b的光环中至少发现了一个清晰的间隙，这应该是形成卫星后留下的痕迹，其质量在地球与火星之间

科学家预计，J1407b行星的光环在未来几百万年里会逐渐变厚，最终消失，凝聚成许多大的卫星。