土星环是由什么组成的?

旅行者2号传回的图像增强了色彩，显示出伽利略号所未见的细节水平。

空间前沿/赫尔顿存档盖蒂图片社

科学家们思考土星的环自伽利略通过早期观察行星望远镜在1610年。从伽利略观察土星的角度，他推测土星不是单一的明星，但实际上有三颗:一颗中间的大星星，上面伸出两颗像耳朵一样的附属物，他认为那可能是大卫星。伽利略号观测土星一年多。然后他休息了一段时间，直到1612年才再看一次，他发现了一些不寻常的事情。伽利略看到的不是他上次观测时看到的三星结构，而是一颗恒星。他正确地预测了其他“恒星”会回来，但他不知道它们为什么消失了。

1655年，荷兰科学家克里斯蒂安·惠更斯通过一架更复杂的望远镜，解答了困扰伽利略的问题。他认为，多余的恒星实际上是光环，它们很薄，从边缘看时似乎会消失。今天，科学家们为伽利略和惠更斯所目睹的景象取了一个名字——“伽利略号”环平面交叉．当土星绕着太阳，它的环与地球大约每14年一次。因此，当我们在那段时间通过望远镜观察这颗行星时，光环是看不见的。

然而，惠更斯在评估土星时犯了一个错误。他相信这些环是固体的。五年后，法国天文学家Jean Chapelain更准确地推测土星环实际上是围绕土星运行的小粒子。苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在1857年证实了这一理论，他发现光环必须是由小粒子组成的;否则，它们就会被土星的引力拉向内重力直到他们撞上了地球。

在20世纪和21世纪，天文学家借助科技发现了土星环的秘密。在20世纪70年代末80年代初，先锋和“航行者”号宇宙飞船发回了环和组成环的粒子的特写照片。近年来，卡西尼号任务(由卡西尼号和卡西尼号之间的合作努力)美国国家航空航天局美国、欧洲航天局(ESA)和意大利航天局(ASI)已经能够绕土星环更近地运行，并收集了关于土星环结构的大量新信息。

卡西尼号飞船绕土星轨道运行的插图。

Time Life Pictures/NASA/JPL/Time Life Pictures/盖蒂图片社

随着对土星环组成的了解越来越多，科学家们也开始质疑土星环的起源。他们相信光环是由彗星或小行星与该行星的一个或多个卫星相撞，将它们撞成碎片。碰撞产生的碎片在土星周围扩散，形成了现在的环状结构。

现在还不能确定的是这些环的年龄。起初，他们被认为和太阳系一样古老。然后，科学家们推测，如果土星环上的冰已经积聚了40亿年的太空尘埃，那么它应该要脏得多。因此，他们将光环的估计年龄提前了数千万年。但是，当卡西尼号宇宙飞船发回迄今为止最清晰的土星环图像时，科学家们表示，最初的估计可能毕竟是正确的。他们认为，这些环粒子很可能在40亿年的时间里被循环利用，并且在未来很长一段时间内都将继续存在。

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