引人注目的土星环究竟是如何形成的？万有引力竟无法解释土星环

神秘的土星环

土星环可说是宇宙中一切奇特、不可思议之事物的象征。我们看得愈清楚，就愈着迷。过去20年关于土星环的发现几乎全盘推翻了以前的知识，一个全新的环系统出现了，既复杂又有趣，超越了过去的理论、观测或想象。

土星以外的大行星也有环，而且全都不一样。即便以天文学的标准而言，行星环还是很奇特的东西。它们是由一些既微弱又违反直觉的力量塑造而成，例如在行星环里，重力反而会产生排斥物质的效应。现在我们领会到，那些我们曾经以为是静态的行星环，其实是不停地在变动发展；而我们也认清了卫星和行星环唇齿相依的关系；更重要的是，我们还知道行星环不仅仅是个精致的现象而已。跟马克士威一样，现代的科学家也体会到行星环与星系的相似之处；基本上来说，行星环也是一扇窗口，让人类能深入探究太阳系古老的起源。

很早土星环就引起人类的注意。

伽利略于1610年头一次窥见到土星环，50年后由海更斯将它解释为环绕着行星的圈圈，而接下来三个半世纪则没有别的发现。然而一下子在七年之间，科学家便发现另外三个大行星也各有其它的环。第一颗是天王星；1977年，康乃尔大学的艾略特在监视恒星的亮度时，天王星正从前面掠过，他注意到讯号在闪烁。他推论那是一连串稍呈椭圆或倾斜的窄带，环绕着天王星所造成。1979年，航行者一号宇宙飞船观测到木星模糊的星环。最后在1984年，科学家利用类似艾略特的技术，侦测到海王星环的片段（但不是完整的环）。

在1980年之前，土星环的结构完全都是使用万有引力来解释的，直到航海家的影像呈现出B环上有被称为轮辐的辐射状特征，而这是不可能如此来解释的。因为它们持续的时间和自转周期与依照轨道力学的环不一致。这些轮辐在背景散射光下呈现黑暗，而在前景散射光下显得明亮。

土星的B环是所有环中最大、最亮与质量最多的。它的厚度估计在5～15米，质量在2.8×1019公斤，光深度的变化在0.4至2.5之间，意味着通过B环的光线有将近99%会被阻拦。B环在密度和光度上的许多变化，几乎都还没有获得合理的解释。B环都是同心圆，虽然其中有许多狭窄的小环，但B环不包含任何的缝隙。

通常不透明的材料应该包含更多的物质。例如，泥泞的水比清澈的水有更多的灰尘颗粒。同样的，你可能会认为在土星的光环，更不透明区域包含物质的浓度比其他环高。但这种直觉并不总是适用，最近根据一个利用美国宇航局的卡西尼任务数据对土星环的研究中，科学家发现了密集的环可能与物质的含量之间的关联度并不大。

很早土星环就引起人类的注意。

非常明亮的土星环。

土星的光环为何如此明亮和广阔？

科学家分析了B环，在几乎不透明B环中心，他们通过分析螺旋密度波确定了几个地方的质量密度。这是由土星的卫星的重力拉扯环粒子产生精细尺度的方法，每一波的结构直接取决于位于土星环的质量。

莫斯科大学的卡西尼科学家马修•海德曼：「目前这是很不明朗与等量物质的区域会有如此不同的阴影，这可能是与大小或单个粒子的密度相关的物质有关，也可能有一些做的环结构」康奈尔大学，纽约卡西尼合作研究者菲尔•尼科尔森，参与海德曼的工作。尼科尔森说：「外观可能是骗人的」。他提出一个很好的比喻是：「一个有雾的草甸是如何要比一个游泳池更不透明，即使池是密度和包含更多的水。」

美国宇航局喷气推进实验室卡西尼项目科学家琳达Spilker说：「土星环是那样壮丽而凛然，这是我们无法抗拒的想知道他们是如何形成的。分析研究B环，是我们未来确认土星环的年龄和起源的一个有意义的方向。」

虽然所有在我们的太阳系（木星，土星，天王星和海王星）的行星都有自己的环系统，土星环显然是最奇妙的。在解释为什么土星的光环是如此的明亮和广阔，那就必须了解它们的形成和历史，这将是一个巨大的挑战。赫德曼和尼科尔森使用的新技术，由卡西尼可见光和红外绘图光谱仪的一系列观测数据进行分析，因为它通过对一个明亮环观测，结合其他环的观察，测量它们明显的环螺旋密度波。B环的总质量是出乎意料的低。这是令人惊讶的，因为B环比其他环亮10倍，但B环可能只有2至3倍A环的质量。

一直引人遐想的土星环

尽管赫德曼和尼科尔森发现低质量，B环仍然被认为含有土星环的大部分物质。并且，虽然本研究留下关于环的质量一定的不确定性，土星环的总质量的更精确的测量还在路上。此前，卡西尼号测量了土星的引力场，告诉科学家土星及其环的总质量。卡西尼或能帮助科学家最终揭示环的质量之谜，揭开美丽土星环之谜