土星環正在消失——但它們會回來的

最近，我在西南夜空中欣賞土星，因為它靠近明亮的金星時，注意到了一些奇怪的事情。任何靠近我們邪惡的孿生姐妹行星的物體都會顯得有些黯淡——金星可以如此明亮以至於常常被誤認為是飛機或不明飛行物——但土星看起來卻非常沮喪。它現在幾乎在太陽的另一側，離地球的距離幾乎達到最大值，因此比平時稍微暗淡一些。但即便如此，它看起來還是特別暗淡。

然後我記起來了：土星明亮的環正在消失——至少從我們在地球上的角度來看是這樣。通常寬闊的環現在看起來比平時細得多，幾乎像一條橫跨行星的線。如果它們無數的反光冰塊沒有增加我們對土星光彩的觀察，那麼這顆行星實際上比其他時候的亮度低一半以上。

請放心，土星壯麗的環仍然在那裡！它們幾乎不可見有兩個原因：一是它們平坦得幾乎難以想象，二是我們的視角受到土星和地球各自軌道運動的影響。

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土星環不僅僅是這顆行星最顯眼的地方，它們也可以說是整個太陽系中最壯麗的結構。主環跨度約為 280,000 公里；如果您將它們放在地球和月球之間，它們將覆蓋該間隙的三分之二以上！土星距離地球超過十億公里，這些環雖然很大，但肉眼是看不見的——但只是勉強看不見：我們開始用望遠鏡掃描天空後，就發現了這些環，即使它們的真實結構仍然是個謎。

伽利略在 17 世紀初透過他簡陋的望遠鏡看到了這些環，但沒有足夠的解析度看到它們的真實形狀，他稱它們為土星的“耳朵”。幾十年後，荷蘭天文學家克里斯蒂安·惠更斯意識到這顆行星被一個“沒有接觸任何地方”的環所環繞，正如他在《土星系統》一書中所寫的那樣。一位不亞於物理學家詹姆斯·克拉克·麥克斯韋的人物——他確定了支撐我們技術文明的電磁方程——是第一個證明這樣一個環不能是實體的，否則它會被撕裂的人。內邊緣繞土星旋轉的速度將比外邊緣快得多，從而將其撕碎。由此發現，這顆行星的環（複數）必須由太小以至於地球上任何望遠鏡都看不到的物質塊組成。更現代的觀測表明，這些塊幾乎是純水冰——這就是為什麼它們如此明亮的原因；冰是陽光的極佳反射體。現代研究還表明，這些塊中的大多數都小於一輛普通汽車。它們肯定有數萬億個。

這些環很可能是由土星的一顆冰衛星被一個來襲的物體，甚至可能是另一顆衛星猛烈地撞擊形成的。有趣的是，目前尚不清楚這種情況是什麼時候發生的。 2023 年在《伊卡洛斯》雜誌上發表的研究觀察了原本閃亮的環上暗色微隕石塵埃的積累率，發現這些環在宇宙意義上是年輕的：只有 1 億到 4 億年的歷史。另一方面，2024 年末在《自然地球科學》雜誌上發表的研究發現，這種塵埃的“汙染”率並沒有想象的那麼快；高速微隕石碰撞會使環粒子電離，使其帶電。這使得它們容易受到土星強大的磁場的影響，然後磁場會將物質帶走，從而減緩環變暗的速度。這意味著這些環可能要古老得多。

即使在發現後的幾個世紀裡，這些環仍然存在著根本的奧秘。

儘管如此，它們在最初碰撞後是如何形成的，以及它們為什麼會如此平坦，如果不是它們的年齡，那麼相對來說還是比較容易理解的。由於土星衛星及其撞擊器的軌道運動，碎片很可能首先形成一條長流，其中大部分將位於該衛星軌道運動的方向上。土星的其他衛星在其赤道上空執行，因此這個衛星的物質也可能最終形成類似的配置。此外，由於土星不是一個完美的球體，而是由於其快速的 10.5 小時自轉週期而在赤道處隆起，因此行星加厚的中部會將碎片扭轉到赤道正上方的軌道上；這就是為什麼環形衝擊會形成一個扁平圓盤的原因。

我的意思是扁平。儘管跨度達數十萬公里，但這些環非常薄，垂直跨度最多為一公里。在某些地方，這些環只有 10 米高，相當於一棟三層樓的高度。這些環如此巨大，如果將它們和土星本身縮小到 28 釐米（11 英寸）寬，即一張標準紙張的長度，這些環將比紙張薄 100 倍！最後，與土星大型衛星的引力相互作用會將這些環粒子拉到略微不同的軌道上。隨著時間的推移，它們形成了數千個獨立的環，以及它們之間的一些間隙。因此，從上方看，這些環令人敬畏。但是，從側面看，它們薄如刀刃，極難看到。

這就是我們現在的情況。土星和地球一樣，都有很大的軸向傾斜，與所有主要行星執行的黃道面傾斜超過 26 度。（地球傾斜 23 度。）這意味著在土星的北半球夏季，它的北極會朝向太陽。從地球上來看，地球比土星更靠近太陽，我們會“向下”看這些環，看到它們的全貌。

土星的軌道大約為 30 年，因此在土星年的大部分時間裡，我們都可以清楚地看到這些環。然而，在土星的春分時，從地球上看，這些環更接近邊緣，實際上，從太陽上看，它們恰好是邊緣視角。但是，由於土星繞太陽執行的軌道相對於地球略微傾斜，因此只有當地球也穿過環平面時，我們才能在土星春分時精確地看到這些環的邊緣。這種情況可以在春分附近發生兩次，因為地球“向上”穿過平面，然後在大約六個月後“向下”穿過平面，從而有效地將土星環從我們的視野中抹去。

而土星的秋分恰好發生在 2025 年 5 月。3 月 23 日，我們的地球將穿過環平面，因此屆時，這些環將達到它們消失的最大值，然後慢慢地重新回到視野中。

但需要注意的是：在 3 月的那一天，土星在天空中距離太陽只有 10 度，因此很難觀測到。時機不好！雖然土星將在 11 月中旬再次穿過地球軌道平面，但到那時，土星的軸向傾斜將使這些環從我們的角度稍微傾斜，因此我們只會看到它們非常接近邊緣。好訊息是，11 月土星在日落後將在南方天空中很容易看到，並且透過望遠鏡仍然看起來幾乎沒有環。 請檢視您附近是否有天文臺或天文協會正在舉辦觀看活動！

我希望自己能去看一下；沒有環的土星會非常奇怪，而且我已經七年多沒見過了。但我也會期待時光流逝，隨著那些光榮的環再次顯現，這顆行星會再次變得明亮。不知何故，沒有它們的土星就不是土星了。