土星环正在消失——但它们会回来的

最近，我在西南夜空中欣赏土星，因为它靠近明亮的金星时，注意到了一些奇怪的事情。任何靠近我们邪恶的孪生姐妹行星的物体都会显得有些黯淡——金星可以如此明亮以至于常常被误认为是飞机或不明飞行物——但土星看起来却非常沮丧。它现在几乎在太阳的另一侧，离地球的距离几乎达到最大值，因此比平时稍微暗淡一些。但即便如此，它看起来还是特别暗淡。

然后我记起来了：土星明亮的环正在消失——至少从我们在地球上的角度来看是这样。通常宽阔的环现在看起来比平时细得多，几乎像一条横跨行星的线。如果它们无数的反光冰块没有增加我们对土星光彩的观察，那么这颗行星实际上比其他时候的亮度低一半以上。

请放心，土星壮丽的环仍然在那里！它们几乎不可见有两个原因：一是它们平坦得几乎难以想象，二是我们的视角受到土星和地球各自轨道运动的影响。

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土星环不仅仅是这颗行星最显眼的地方，它们也可以说是整个太阳系中最壮丽的结构。主环跨度约为 280,000 公里；如果您将它们放在地球和月球之间，它们将覆盖该间隙的三分之二以上！土星距离地球超过十亿公里，这些环虽然很大，但肉眼是看不见的——但只是勉强看不见：我们开始用望远镜扫描天空后，就发现了这些环，即使它们的真实结构仍然是个谜。

伽利略在 17 世纪初通过他简陋的望远镜看到了这些环，但没有足够的分辨率看到它们的真实形状，他称它们为土星的“耳朵”。几十年后，荷兰天文学家克里斯蒂安·惠更斯意识到这颗行星被一个“没有接触任何地方”的环所环绕，正如他在《土星系统》一书中所写的那样。一位不亚于物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的人物——他确定了支撑我们技术文明的电磁方程——是第一个证明这样一个环不能是实体的，否则它会被撕裂的人。内边缘绕土星旋转的速度将比外边缘快得多，从而将其撕碎。由此发现，这颗行星的环（复数）必须由太小以至于地球上任何望远镜都看不到的物质块组成。更现代的观测表明，这些块几乎是纯水冰——这就是为什么它们如此明亮的原因；冰是阳光的极佳反射体。现代研究还表明，这些块中的大多数都小于一辆普通汽车。它们肯定有数万亿个。

这些环很可能是由土星的一颗冰卫星被一个来袭的物体，甚至可能是另一颗卫星猛烈地撞击形成的。有趣的是，目前尚不清楚这种情况是什么时候发生的。 2023 年在《伊卡洛斯》杂志上发表的研究观察了原本闪亮的环上暗色微陨石尘埃的积累率，发现这些环在宇宙意义上是年轻的：只有 1 亿到 4 亿年的历史。另一方面，2024 年末在《自然地球科学》杂志上发表的研究发现，这种尘埃的“污染”率并没有想象的那么快；高速微陨石碰撞会使环粒子电离，使其带电。这使得它们容易受到土星强大的磁场的影响，然后磁场会将物质带走，从而减缓环变暗的速度。这意味着这些环可能要古老得多。

即使在发现后的几个世纪里，这些环仍然存在着根本的奥秘。

尽管如此，它们在最初碰撞后是如何形成的，以及它们为什么会如此平坦，如果不是它们的年龄，那么相对来说还是比较容易理解的。由于土星卫星及其撞击器的轨道运动，碎片很可能首先形成一条长流，其中大部分将位于该卫星轨道运动的方向上。土星的其他卫星在其赤道上空运行，因此这个卫星的物质也可能最终形成类似的配置。此外，由于土星不是一个完美的球体，而是由于其快速的 10.5 小时自转周期而在赤道处隆起，因此行星加厚的中部会将碎片扭转到赤道正上方的轨道上；这就是为什么环形冲击会形成一个扁平圆盘的原因。

我的意思是扁平。尽管跨度达数十万公里，但这些环非常薄，垂直跨度最多为一公里。在某些地方，这些环只有 10 米高，相当于一栋三层楼的高度。这些环如此巨大，如果将它们和土星本身缩小到 28 厘米（11 英寸）宽，即一张标准纸张的长度，这些环将比纸张薄 100 倍！最后，与土星大型卫星的引力相互作用会将这些环粒子拉到略微不同的轨道上。随着时间的推移，它们形成了数千个独立的环，以及它们之间的一些间隙。因此，从上方看，这些环令人敬畏。但是，从侧面看，它们薄如刀刃，极难看到。

这就是我们现在的情况。土星和地球一样，都有很大的轴向倾斜，与所有主要行星运行的黄道面倾斜超过 26 度。（地球倾斜 23 度。）这意味着在土星的北半球夏季，它的北极会朝向太阳。从地球上来看，地球比土星更靠近太阳，我们会“向下”看这些环，看到它们的全貌。

土星的轨道大约为 30 年，因此在土星年的大部分时间里，我们都可以清楚地看到这些环。然而，在土星的春分时，从地球上看，这些环更接近边缘，实际上，从太阳上看，它们恰好是边缘视角。但是，由于土星绕太阳运行的轨道相对于地球略微倾斜，因此只有当地球也穿过环平面时，我们才能在土星春分时精确地看到这些环的边缘。这种情况可以在春分附近发生两次，因为地球“向上”穿过平面，然后在大约六个月后“向下”穿过平面，从而有效地将土星环从我们的视野中抹去。

而土星的秋分恰好发生在 2025 年 5 月。3 月 23 日，我们的地球将穿过环平面，因此届时，这些环将达到它们消失的最大值，然后慢慢地重新回到视野中。

但需要注意的是：在 3 月的那一天，土星在天空中距离太阳只有 10 度，因此很难观测到。时机不好！虽然土星将在 11 月中旬再次穿过地球轨道平面，但到那时，土星的轴向倾斜将使这些环从我们的角度稍微倾斜，因此我们只会看到它们非常接近边缘。好消息是，11 月土星在日落后将在南方天空中很容易看到，并且通过望远镜仍然看起来几乎没有环。 请查看您附近是否有天文台或天文协会正在举办观看活动！

我希望自己能去看一下；没有环的土星会非常奇怪，而且我已经七年多没见过了。但我也会期待时光流逝，随着那些光荣的环再次显现，这颗行星会再次变得明亮。不知何故，没有它们的土星就不是土星了。