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更新時間: 2013-09-25

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行星的光環一般情況下由冷凍氣體和塵埃共同構成,其色彩由構成行星光環的物質微粒的大小決定。構成行星光環的微粒體積不同對白色太陽光的散射程度就有差異,體積較大的微粒對太陽光的散射接近色譜紅色區域,而體積較小的微粒則靠近藍色。

光環 -簡介
光環土星光環
在太陽系中,土星被譽為美麗的天體,它戴著的光環曾被認為是不可思議的奇迹。今天科學家經過大量研究發現,在太陽系九大行星中,不僅土星戴著光環,而且木星、天王星和海王星也是戴著光環的。

在這4顆戴著光環的行星中,土星的光環最為壯觀和奇麗。歷史上首先發現土星光環的是義大利天文學家伽利略。1610,伽利略用剛剛發明不久的天文望遠鏡觀測土星,發現它的側面彷彿有一些什麼東西。遺憾的是,直到他去世,也沒有弄清楚那些東西究竟是什麼玩意兒。

1655年,荷蘭天文學家惠更斯終於搞清了土星光環形狀不斷變化的原因:那是因為它以不同的角度朝向我們。當我們恰好從它的側邊看去時,薄薄的光環就彷彿隱而不見了。土星光環厚約10餘公里,寬約6.6公里,它可以細分為幾個環帶,中間夾著暗黑的環縫。

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光環銀河系行星的美麗光環

1977年3月10日,包括中國在內的許多國家的天文學家,各自觀測到了一次罕見的天文現象——天王星掩恆星。觀測的結果使科學家們大為驚奇:在天王星遮掩恆星之前,人們已經觀測到一組「掩」,在天王星本體掩星之後,又觀測了另一組類似的「掩」。造成這些「掩」的,原來是圍繞著天王星的一些「光環」。這些環都極細,而且彼此都離得較遠。1986年1月,美國發射的「旅行者2號」宇宙飛船飛越天王星時,又發現了幾個新的環帶。現在,已經知道天王星共有11道環。

「旅行者1號」是1977年9月發射的,1979年3月初,它從離木星大約27.5萬公里處掠過這顆巨大的行星,發現木星也有一群細細的環。木星環厚約30公里,總寬度超過6000公里,光環與木星的中心距離約12.8萬公里。

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1989年8月,「旅行者2號」宇宙飛船飛越海王星時,證實了海王星也有光環。海王星的光環有5道。

冥王星是否也有光環,現在還不清楚,但有些科學家推測它也應該有光環。

科學家們經過觀測研究后發現,行星的光環主要是由無數的小碎塊組成。碎塊的大小可以用米做單位來量度。每個碎塊彷彿都是一顆小小的衛星,在自己的軌道上繞著主體行星運行不息。

光環 -形成原因
光環神秘的光環
早在1850年,法國數學家洛希就推斷出:由行星引力產生的起潮力能瓦解一顆行星,或瓦解一顆進入其引力範圍的過往天體。這種起潮力能夠阻止靠近行星運轉的物質結合成一個較大的天體。目前所知道的行星環就是位於這個理論範圍內,其邊界被稱為洛希極限,是一個重力穩定性的區域。據此,科學家們對行星環的成因進行了三種推測;第一,由於衛星進入行星的洛希極限內,從而被行星的起潮力所瓦解;第二,位於洛希限內的一個或多個較大的星體,被流星撞擊成碎片而形成光環;第三,太陽系演化初期殘留下來的某些原始物質,因為在洛希極限內繞太陽公轉,而無法凝集成衛星,最終形成了光環。

不過,對於光環的成因,科學家們目前還只能是進行猜測而已。更令他們疑惑不解的問題是那些窄環的存在,因為根據常規,天體碰撞、大氣阻力和太陽輻射都會對窄環造成破壞,使它消散在空間。究竟是什麼物質保護著窄環使其存在呢?一些學者提出,一定有一些人們尚未觀測到的小衛星位於窄環的邊緣,它們的萬有引力使窄環得以形成並受到保護。這種觀點被人們後來的發現所證實,因為人們不僅在土星而且在天王星的窄環中,也發現了兩顆體積很小的伴隨衛星,它們的複雜運動相互作用,使光環內的物質運動也缺乏規律性,也許這正是不同的行星環具有不同的形態的原因所在。

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隨著研究的深入,使人們當初的一種推測——行星環為太陽系演化初期殘留下來的某些物質繞行星公轉而成這一觀點,受到了越來越多的學者的懷疑。比如,德國的一位天體學家認為,在1億年前,一顆小彗星與一顆直徑60英里的土星衛星發生碰撞,從而形成土星環。

與此同時,人們還提出了另外一個有趣的問題:為什麼土星、木星、天王星、海王星有光環,而水星、金星、火星和地球卻沒有光環呢?

對於神奇的行星光環,科學家們仍然不斷提出新的推測和假說。然而,隨著天文新發現的增多,行星光環反而顯得更加神秘莫測了。

光環 -光環構造
光環神秘的光環

行星的光環不止是冰塊組成,還有碎的石頭(而且光環中也夾雜了衛星的)。有明顯光環的土星離太陽太遠,受熱小。木星光環比較彌散,由亮環、暗環和暈3部分組成。亮環在暗環的外邊,暈為一層極薄的塵雲,將亮環和暗環整個包圍起來。木星環距木星中心約12.8萬千米,環寬9000餘千米,厚度只有幾千米左右,是由大量的塵埃及暗黑的碎石構成,肉眼很難看到。土星的光環在望遠鏡中十分引人注目。這光環實際上由無數直徑在7厘米~9米之間的小冰塊組成,環的結構極其複雜,它們在陽光照射下顯得色彩斑斕。"旅行者號"探測器曾經對土星環作過近距離觀測,人們發現土星環的整體形狀就象一張巨大的密紋唱片,從土星的雲層頂端向外延伸。通常把土星光環劃分為7層,距土星最近的是D環,亮度最暗,其次是C環,透明度最高,B環最亮,然後是A環,在A環與B環之間有段黑暗的寬縫,這就是有名的卡西尼環縫。A環以外有F、G、E三個環,E環處於最外層,十分稀薄和寬廣。天王星也擁有光環,那是在1977年的一次天王星掩食恆星的觀測中發現的。天王星共有11層光環,不同的環有不同的顏色,給這顆遙遠的行星增添了新的光彩。海王星也有光環。在地球上只能觀察到暗淡模糊和不連續的圓弧。人們對其的內部結構仍然知之甚少。

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光環 -危險

「卡西尼」號探測器傳回的最新觀測數據顯示,土星的最外側光環F環正不斷地遭受著小型天體的撞擊。

光環危險的光環
英國倫敦大學瑪麗皇後學院的卡爾·穆勒教授指出,狹窄的F環是土星三條外側光環中的一條,由於受到土衛十六的影響,其呈現出奇特的螺旋型結構,而且還經常出現波動。他認為,對這一現象的研究可能會有助於更好地理解行星在早期階段的演化過程。

穆勒教授表示:「我們獲取的最新觀測數據顯示,分佈在土星周圍的微型衛星會不斷地穿越F環。而F環所表現出的種種反常現象也與這些微型衛星的引力存在著密切的聯繫。或許,F環是太陽系中唯一一處每天都會遭到其他天體猛烈撞擊的區域。」

據悉,針對土星F環的研究已持續了很長一段時間。專家們指出,土星的F環除了外形奇特外,其內部成分也會發生頻繁地變化。此前,由於缺乏直接的證據,導致科學家們在看待F環奇異特性的成因是提出了兩種解釋方案:一種觀點認為,在F環的附近還隱藏著一顆直徑約100公里且還未被我們發現的較大衛星,其產生的引力導致F環中的物質發生了擾動;另一種觀點則認為,在F環的附近分佈著大量體積較小的微型衛星,正是它們在不斷地與F環中的物質顆粒發生著碰撞,從而導致後者的成分不斷地發生改變。

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穆勒教授指出:「我們現在可以確定地說,有關存在微型衛星的假說要更為可信一些。」

科學家們介紹說,在土星所有的光環中,F環無疑是最為奇特的--它不但處於最外側,而且也是最細的一條。此外,F環本身也是由多條交織在一起的細小光環組成的一個完整系統。長期的觀測顯示,F環中有時會出現一些形態類似「繩結」、「圓環」和「小球」的奇特結構,但很快它們又會消失的無影無蹤。

F環中的這一獨特現象主要是由於土星的兩顆衛星--「普羅米修斯」(土衛十六)和「潘多拉」(土衛十七)--所產生的強大引力造成的。「普羅米修斯」的直徑為102公里,位於F環的內側;「潘多拉」的直徑為84公里,位於F環的外側。在它們的共同作用下,F環上的部分片段時常會被擠壓到一片狹窄的區域,導致其中的子環發生交錯現象。正因為如此,「普羅米修斯」和「潘多拉」有時也被天文學家們稱為「牧人衛星」。

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「卡西尼-惠更斯」自動探測器由美國國家宇航局和歐洲空間局共同研製,於1997年發射升空,2004年抵達土星軌道。其中,「惠更斯」探測器在2005年與主探測器實施分離並成功降落在土衛六表面。而「卡西尼」號目前仍在對土星及其衛星系統進行觀測。

光環 -土星環

組成

土星環由蜂窩般的太空碎片、岩石和冰組成。主要的土星環寬度從48公里到30.2萬公里不等,以英文字母的頭7個命名,距離土星從近到遠的土星環分別以被發現的順序命名為D、C、B、A、F、G和E.土星及土星環在太陽系形成早期已形成,當時太陽被宇宙塵埃和氣體所包圍,最後形成了土星和土星環.

迷一樣的發現

伽利略第一次透過他原始的望遠鏡觀察土星時,發現它的形狀有點奇怪,好像在其球體的兩側還有兩個小球。他繼續觀察,發現那兩個小球漸漸變得很難看見,到1612年年底時,終於同時消失不見了。其他天文學家也報告過土星的這種奇怪現象;但直到1656年,惠更斯才提出了正確的解釋。他宣稱,土星外圍環繞著一圈又亮又薄的光環;光環與土星不接觸。

光環土星光環
土星的自轉軸和地球一樣,也是傾斜的,土星的軸傾角是26.73°,地球則是23.45°。由於土星的光環和赤道是在同一平面上,所以它是對著太陽(也對著我們)傾斜的。當土星運行到其軌道的一端時,我們可由上往下看見光環近的一面,而遠的一面仍被遮住。當土星在軌道的另一端時,我們就可由下往上看到光環近的一面,而遠的一面依然被遮住。土星從軌道的這一側轉到另一側需要14年多一點。在這段時間內,光環也逐漸由最下方移向最上方。行至半路時,光環恰好移動到中間位置,這時我們觀察到光環兩面的邊緣連接在一起,狀如「一條線」。隨後;土星繼續運行,沿著另一半軌道繞回原來的起點,這時光環又逐漸地由最上方向最下方移動;移到正中間時,我們又看見其邊緣連接在一起。因為土星環非常薄,所以當光環狀如「一條線」時就好像消失了一樣。1612年年底伽利略看到的正是這種情景;據說由於懊惱,他沒有再觀察過土星。

土星環位於土星的赤道面上。在空間探測以前,從地面觀測得知土星環有五個,其中包括三個主環(A環、B環、C環)和兩個暗環(D環、E環)。B環既寬又亮,它的內側是C環,外側是A環。A環和B環之間為寬約5,000公里的卡西尼縫,它是天文學家卡西尼在1675年發現的。
  
1826年,德國血統的俄國天文學斯特魯維把外面的環命名為A環,把裡面的環命名為B環。1850年,美國天文學家W.C.邦德宣稱,還有一個比B環更靠近土星的暗淡光環。這個暗淡光環就是C環,C環與B環之間並沒有明顯的分界。
  
在太陽系的任何地方都沒有像土星環那樣的東西,或者說,用任何儀器我們也看不到任何地方有像土星環那樣的光環。誠然,我們現在知道,圍繞著木星有一個稀薄的物質光環,且任何像木星和土星這樣的氣體巨行星都可能有一個由靠近它們的岩屑構成的光環。然而,如果以木星的光環為標準,這些光環都是可憐而微不足道的,而土星的環系卻是壯麗動人的。從地球上看,從土星環系的一端到另一端,延伸269,700公里(167,600英里),相當於地球寬度的21倍,實際上幾乎是木星寬度的2倍。
  
土星環到底是什麼

光環土星光環
J.D.卡西尼認為它們像鐵圈一樣是平滑的實心環。可是,1785年拉普拉斯(後來他提出了星雲假說)指出,因為環的各部分到土星中心的距離不同,所以受土星引力場吸引的程度也會不同。這種引力吸引的差異(即我前面提過的潮汐效應)會將環拉開。拉普拉斯認為,光環是由一系列的薄環排在一起組成的,它們排列得如此緊密,以致從地球的距離看去就如同實心的一樣。
  
可是,1855年,麥克斯韋(後來他預言了電磁輻射寬頻帶的存在)提出,即使這種說法也未盡圓滿。光環受潮汐效應而不碎裂的惟一原因,是因為光環是由無數比較小的隕星粒子組成的,這些粒子在土星周圍的分佈方式,使得從地球的距離看去給人以實心環的印象。麥克斯韋的這一假說是正確的,現在已無人提出疑義。

法國天文學家洛希用另一種方法研究潮汐效應,他證明,任何堅固的天體,在接近另一個比它大得多的天體的時候,都會受到強大的潮汐力作用而最終被扯成碎片。這個較小的大體會被扯碎的距離稱為洛希極限,通常是大天體赤道半徑的2.44倍。
  
這樣,土星的洛希極限就是2.44乘以它的赤道半徑60,000公里,即146,400公里,A環的最外邊緣至土星中心的距離是136,500公里(84,800英里),因此整個環系都處在洛希極限以內。(木星環也同樣處在洛希極限以內。)
  
很明顯,土星環是一些永遠也不能聚結成一顆衛星的岩屑(超過洛希極限的岩屑會聚結成衛星——而且顯然確實如此),或者是一顆衛星因某種原因過分靠近土星而被扯碎后留下的岩屑。無論是哪一種情況,它們都是余留的一些小天體。(被作用的天體越小,潮汐效應也就越小,碎片小到某個程度之後,就不再繼續碎裂了,除非兩個小天體相互間偶爾碰撞。)據估計,如果將土星環所有的物質聚合成一個天體,結果將會是一個比我們的月亮稍大的圓球。

光環 -木星環
光環木星光環
隨著行星際空間探測器的發射,不斷揭示出太陽系天體中許多前所未知的事實,木星環的發現就是其中的一個。早在1974年"先鋒11號"探測器訪問木星時,就曾在離木星約13萬公里處觀測到高能帶電粒子的吸收特徵。

兩年後有人提出這一現象可用木星存在塵埃環來說明。可惜當時無人作進一步的定量研究以推測這一假設環的物理性質。1977年8月20日和9月5日美國先後發射了"旅行者1號"和"旅行者2號"空間探測器。經過一年半的長途跋涉,"旅行者1號"穿過木星赤道面,這時它所攜帶的窄角照相機在離木星120萬公里的地方拍到了亮度十分暗弱的木星環的照片。同年7月,后其到達的"旅行者2號"又獲得了有關木星環的更多的信息。

根據對空間飛船所拍得照片的研究,現已知道木星環系主要由亮環、暗環和暈三部分組成。環的厚度不超過30公里。亮環離木星中心約13萬公里,寬6000公里。暗環在亮環的內側,寬可達5萬公里,其內邊緣幾乎同木星大氣層相接。亮環的不透明度很低,其環粒只能截收通過陽光的萬分之一左右。靠近亮環的外緣有一寬約700公里的亮帶,它比環的其餘部分約亮10%,暗環的亮度只及亮度環的幾分之一。暈的延伸範圍可達環面上下各1萬公里,它在暗環兩旁延伸到最遠點,外邊界則比亮環略遠。據推算,環粒的大小約為2微米,真可算是微粒。這種微米量級的微粒因輻射壓力、微隕星撞擊等原因壽命大大短於太陽系壽命。為了證實木星環是一種相對穩定結構這一說法,人們提出了維持這種小塵埃粒子數量的動態穩定的幾種可能的環粒補充源。

光環 -海王星環

由於擁有環的三顆行星——土星、木星和天王星都屬於類木行星,因而人們很自然會去猜想第四個類木行星——海王星是否也存在環。

光環海王星光環
美國雜誌《空間與望遠鏡》1978年4月號曾報道,1846年10月10日就有人在60厘米反射望遠鏡中用肉眼看到過海王星環,並在次年為劍橋大學天文台台長查里斯所證實,後者甚至得出環半徑為海王星半徑1.5倍的結論。但因後人在尋找海王星衛星的多次觀測中均未發現環,這件事就漸漸被人淡忘了。本世紀80年代在發現天王星環的鼓勵下,不少人試圖通過海王星掩星事件來發現環,但對幾次掩星觀測結果的解釋卻是眾說紛紜。有人報道發現了環,有人則說不存在環。對報道發現環的觀測結果也有人認為可用其他原因來解釋而否定環的存在。總之,海王星是否有環一時成了懸案。

1989年8月,"旅行者2號"探測器終於使這一懸案有了解答。當她飛近海王星時,發現海王星周圍有3個光環隱藏在塵面下,而且外光環很不一般,呈明顯弧狀,沿弧有緊密積聚的物質。但有關海王星環系的具體情況至今仍不太清楚,還需要人們更多的探測和研究。

光環 -天王星環
光環天王星光環
由於相對運動的關係,遠方恆星有時會移動到太陽系天體如月亮、行星或小行星的正後方,這種現象稱為掩星。掩星發生時,如果近距天體沒有大氣,星光便立即消失。如果天體外圍有大氣,則星光在完全消失前會有一個略被減弱的過程。各類掩星發生的時刻可以通過理論計算非常準確地作出預報。

1977年3月10日曾發現一次天王星掩星的罕見天象,被掩的是一顆暗星。中國、美國、澳大利亞等國的天文學家都對此進行了觀測。意想不到的奇怪事情發生了,小星在預報被掩時刻前35分鐘出現了"閃爍",也就是星光減弱又迅即復亮。這種閃爍一連出現了好幾次。當這顆星經天王星背後復現,或者說掩星過程結束后,閃爍現象又重複出現。以後,經過對觀測結果的仔細研究,發現閃爍是因天王星環的存在而造成的。這是繼1930年發現冥王星后本世紀太陽系內的又一重大發現。由於天王星環非常暗弱,過去即使在大望遠鏡中也從未直接觀測到過。1978年,美國用5米口徑望遠鏡才在波長2.2微米的紅外波段首次拍攝到天王星環的照片。

在隨後的幾年,天文學家共辨認出9條光環這些環都很窄,一般不足10千米,其中一條最寬的環叫ε環,約100千米。這些環都很暗,即使用世界上最大的天文望遠鏡也不能直接看到,因此雖然它們在本質上和土星光環並無區別,但天文學家卻只稱它們「環」,而不稱它們「光環」。

1986年1月24日,「旅行者」2號在探測天王星時不但證實了這些環的存在,還發現了兩條新環,使目前我們所知的王天星環達到11條。這些環大多是圓的,環與環相距較遠。只有ε環較為特殊,是橢圓環。這些環有的呈深藍色,有的偏紅。環中的物質大部分是微小的塵埃,間或也有拳頭、西瓜大小的石塊,偶爾還有卡車那麼大的岩石,中間夾雜著一些冰屑。

光環 -遊戲
光環《光環》
xbox光環是一款關於未來戰爭的遊戲,遊戲敘述的是在遙遠的未來,人類建立了星際帝國,這個帝國不斷擴張,從太陽系走向更廣闊的宇宙成為人類殖民者。人類和「異星聯盟」不斷發生衝突,「異星聯盟」是有信仰同一宗教的幾個種族組成的聯盟,他們認為人類殖民者踐踏了自己信仰的神聖宗教,發誓要消滅人類。遊戲就是在這種背景下展開的,遊戲的主角是士官長,他有極高的戰鬥天賦,擅長使用所有武器,是個超級戰士,最優秀的戰鬥武器。有很多血腥的戰爭場面,玩起來非常刺激
光環遊戲的魅力使很多人迷上它,這款遊戲幾年來發展也很快,有開始的光環1、光環2到新版的光環3,加了很多新鮮的東西,使玩法更多更刺激。
光環 -組圖欣賞

光環

 

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光環

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光環

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光環 -相關詞條

土星天王星海王星
太陽系天文學冥王星

光環 -參考資料

[1]、http://www.twyjw.cn/html/2/20080221/3240.html

[2]、http://www.astron.sh.cn/sun/planet.html

[3]、http://ks.cn.yahoo.com/question/?qid=1306071400581

[4]、http://www.oursci.org/lib/AsimovGuide/A_Solar/18.htm

[5]、http://www.yoto.cn/article/%E5%85%89%E7%8E%AF

[6]、http://game.mop.com/wlyx/wybg/2006-10-02/14180.shtml

[7]、http://sci.ce.cn/yzdq/yz/yzxw/200806/17/t20080617_15855061_1.shtml

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