谜环

沉落湖心

伽利略是历史上著名的意大利天文学家，他曾有过许多重大的天文发现。他用很原始的自制望远镜，发现了环绕木星运行的那些新世界——木星的一系列卫星，观测了太阳被木星覆盖时所形成的“掩星”现象，还探索了月亮上的陨石坑。但是，当伽利略在1610年把他的那架望远镜对准一颗行星时，甚至他都大吃一惊。  

    这颗行星看上去和太阳系里的所有其他行星都不同。在17世纪的望远镜镜头中，这颗行星是一颗明亮的星星，它的两侧有两颗稍暗的星星紧密相伴——这模糊地暗示着，这颗行星有着壮观的环。

    这颗行星就是土星。在发现了土星的环之后，伽利略做了一件和土星一样不同寻常的事。他想把自己见到的壮观奇景告诉给所有人，但在他进一步研究这颗令人迷惑不解的行星同时，他又想为自己的工作保密。于是，他用密码公布了自己的发现。密码译出后，意为“我观察到了由三部分组成的行星最高形式。”

    现在，只需要使用在任何百货商店里都能买到的普通天文望远镜，任何人都能比伽利略更清晰地观察到土星的环。然而，土星的环对现代人来说，仍和400年前一样是一个谜。任何初次观测土星的人，都会在望远镜前惊得目瞪口呆。

    美国航空航天局艾姆斯研究中心的天文学家杰夫·古奇说：“尽管已过去了这么长时间，我们仍不知道土星的环起源于什么。”天文学家们曾经认为，土星的环是与土星同时形成的—— 48亿年前，太阳和太阳系中的所有行星从旋转的星际气体云中聚合而出。古奇说：“但是，近来有越来越多的天文学家意识到，土星的环其实不应该像土星本身那么古老。”  

    古奇猜测认为，几亿年前——也就是最早期的恐龙在地球上游荡之时，土星还没有明亮的环。接着，发生了惊天动地的事——一颗来自太阳系外侧、月亮般大小的天体在从土星附近飞过时，被土星强大的潮汐力撕裂成碎片；或者，一颗小行星撞击了土星已有的卫星之一，也产生了大量碎片。这些碎片包围了土星，最终就形成了今天所见的土星环。

    组成土星环的粒子大小从不到1毫米至几米不等。古奇说，如果把这些粒子聚合在一起，就可形成一颗直径达100千米— 200千米的冰质卫星——就像土星今日的卫星米马斯。

    土星的环之薄，简直令人惊奇。古奇说：“土星的环有25万千米宽，却只有几十米厚。如果把它的面积看作是旧金山市那么大，那么它的厚度还不到一把剪刀刃的万分之一。

    土星的环为什么会这么薄呢？古奇认为，土星的环最初像油炸面圈那么“胖”，但环中粒子之间的碰撞是非弹性的，随着时间的推移，环就变得越来越扁平，越来越薄了。非弹性碰撞是指像两团泥土碰在一起时那种不产生反弹的碰撞。如果环中粒子发生了较大规模的上下垂直运动，碰撞效应也会阻碍这些运动。这样，环中粒子最终就”定居”在了它们的平均轨道面上，环也就从油炸面圈变成了老式的留声机唱片形状。

    至于为什么说土星的环还很年轻，古奇认为有两个理由。首先，土星的环很明亮，还像新的东西一样闪光。这初看有些不可思议，但随着土星围绕太阳运行，伸展得很宽的土星环会扫荡由彗星和小行星碎片组成的太空尘埃。假如土星环比几亿年古老得多，那么长期累积的太空尘埃就会令环变暗。而当今所见的土星环很明亮，因此暗示它并不古老。其次，在土星环的最远区域运行的小卫星会盗取环的角动量。古奇推测认为：“在未来几亿年中，土星环的外半层会朝着土星本身坍塌，而那些被称为‘牧羊星’的小卫星则会被抛向远方。这是一种年轻的动力系统。”换句话说，如果土星环不是这么年轻，上述后果早就该出现了。

沉落湖心

也许很难想象，在上述两个理由中，第一个(即明亮的环)比第二个(即角动量)更不确定。古奇解释说：“因为我们还不清楚土星轨道中是否有足够的尘埃来玷污土星环，并让环变暗。”美国航空航天局的“卡西尼号”飞船将于2004年飞抵土星，届时它将测量太空尘埃数量。或许，那时就能真相大白。

    古奇希望“卡西尼号”还能破解有关土星环的其他谜题。 20世纪80年代早期，当“旅行者”号飞船探访土星时，曾拍下了土星的许多近距离照片，显示土星环中有许多奇怪的现象，包括“棍子”、“辫子”和“波纹”，其中一些“小波纹”呈螺旋状。古奇认为，如果哪位宇航员有朝一日能在土星环中飞行，就会发现这些“波纹”其实是一些不太剧烈的隆起——高几千米、宽几百千米，它们每几天或几周绕土星环运行一圈。这些螺旋形“波纹”是由来自土星卫星的引力拖曳而形成的，而这些卫星正是吞噬土星环角动量的那些“家伙”。

    土星环中诸如”棍子”、“辫子”以及不规则“波纹”等的其他怪异现象，  目前仍然是谜。其中一些可能是太空岩石钻进土星环时的迹象，另一些则可能是尚未被发现的更小卫星在土星环中”乘风破浪”时的迹象。究竟是否如此，将环绕土星数年的“卡西尼号”应该能找到确切答案。

    在许多科幻小说中，外星人都对土星感到惊讶不已，就好像它们自己的太阳系中没有像土星这么美丽的有环行星。按照古奇的说法，土星的环或许真的是罕有的奇观。“如果土星的环正如我们所想象的那样短命，我们真的应该为现在还能看到它而感到幸运哩!”

    实际上，我们的太阳系中还有其他大行星也有环，但它们的环远不如土星的环明亮，也比土星环的质量小许多。现在已知，当木星的卫星遭到陨星撞击时，飞出的残片就形成了木星的环。但还无人知道，海王星和天王星的暗色的环是由什么构成的，不过，古奇认为它们也是由小行星撞击小卫星时飞出的残片形成的。

    如果古奇的猜测无误，数亿年之后，土星的环将向内塌陷，那时我们的太阳系将比现在逊色一些。也许，那时的人类星际旅行者将在其他银河系里看见数不清的有环行星，反而不再关心土星发生了什么事了。另一方面，也许土星的环确实是银河奇观，遥远未来的超级工程师们将能测量并保存它。

    究竟如何，无人知道。我们能确信的只是土星的环现在还很可爱。如果它真的正在消失，它就不仅可爱而且珍贵，所以,千万不要丢掉现在就观测它、欣赏它的机会呀！