@ 2022.07.27 , 22:51

木星为何没有土星那样壮丽的环

众所周知,木星和土星是邻居,又有很多相似之处。但土星有一个宏伟壮丽的环,而木星却没有。

唉,好吧,公平点说,木星确实也有环,但木星的又薄又小,只有在太阳的背光下才能被看到,非常可怜。

现在,我们大体弄清了木星环和土星环存在差异的原因。木星的伽利略卫星群使岩石和尘埃盘无法大量聚集。

加州大学河滨分校的天体物理学家斯蒂芬·凯恩说:“为什么木星没有土星那样傲人的环,这让我困扰良久。”

凯恩和他的同事、加州大学河滨分校的天体物理学家李哲兴(音)对围绕木星系统运行的天体进行了一系列模拟。

模型考虑了木星的轨道运动,以及它的四颗最大的卫星(也称为伽利略卫星)的运动:木卫三(比水星大,是太阳系中最大的卫星)、卡利斯托、木卫一和欧罗巴。该团队计算了形成环系统可能需要的时间。

研究人员发现,在这一模型下,木星不可能有土星式的环——而且历史上也不太可能有过。

“巨大的行星形成了巨大的卫星,这使得它们无法拥有大环。”凯恩解释道。 “我们发现木星的伽利略卫星,其中之一是我们太阳系中最大的卫星,会迅速摧毁可能形成的大环。”

木星目前脆弱的环主要由它的卫星喷出的尘埃构成,可能包括因撞击事件被抛入太空的物质。

另一方面,土星环大部分是由冰制成的。也许是彗星或小行星的碎片,或者是由于土星引力而破裂的冰冷的卫星。

我们知道土星的卫星在塑造和维持其环方面发挥着重要作用。但是一个足够大的卫星(或多个卫星)也可以通过引力破坏环。

行星周围的环实际上相当普遍,即使在太阳系中也是如此。冰巨星海王星和天王星也都有薄而脆弱的尘埃环。

天王星相对于其他行星倾斜,其自转轴几乎平行于公转轨道平面。它的环被认为与此有关。要么是有什么东西撞歪了天王星,或者它曾经有绝对巨大的环,这可能导致它的侧向倾斜。

环甚至不限于行星。一个直径约230公里的小天体,叫做Chariklo,在木星和天王星之间绕行,竟然也有环。矮行星Haumea 也是如此,它与冥王星一起在柯伊伯带中闲逛。模拟表明,冰体周围的环并不少见,这是由于引力相互作用将冰物质从天体上拉扯下来,形成围绕它的轨道环。

火星也可能有环。它的卫星火卫一每年都在向这颗红色星球靠近一点点。1亿年后,它的距离将足够近,足以被火星的引力撕裂,形成一个短暂的环,最终可能再次重新凝聚成新的卫星。甚至土星的环也可能是暂时的,注定会慢慢落回行星。

如果我们能够对它们进行足够详细的研究,环就可以用来拼凑出行星生活史中某些暴力的片段。

“对我们天文学家来说,它们是犯罪现场墙壁上的血迹。”凯恩说。 “当我们观察巨行星环时,就知道曾发生过灾难性的事件将这些物质送入轨道。”

他们的论文已被《行星科学杂志》接受,现在可在 arXiv 下载。

https://www.sciencealert.com/now-we-know-why-jupiter-doesn-t-have-big-glorious-rings-like-saturn


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