土星环为什么会呈现周期性消失

国内新闻 阅读(649)
?

  

  太阳系的4颗行星——木星、土星、天王星与海王星都有光环,但在地球上只有土星的光环用小望远镜就能观察到。

  土星环其实是由许多由冰粒与尘埃构成的细环组成的庞大结构,沿着土星赤道向外延伸,宽度超过114,000公里,相当于地球直径的8倍之多!然而这么宽的光环,平均厚度却仅有20公尺,让外观如同光碟片一般。

  

  因为土星环扁而宽的特性,在地球与土星都绕太阳公转,彼此相对位置一直改变的情况下,光环看起来的模样也随之改变,有时甚至因光环恰好薄薄的侧面面对地球而发生望远镜中看不到光环的「土星环消失事件」。

  400多年前的大天文学家伽利略从1610年开始观察记录土星,首度发现土星环的存在,可是他看到的光环有时像三个黏在一起的小球,有时像土星长了耳朵,有时则是光环不见了,使他百思不解。下图是他记录的1610年(上)与1616年(下)的土星和土星环外观。

  

  直到1659年才由另一位天文学家惠更斯揭开谜底:原来只是因为土星环太薄了,当太阳-地球-土星的相对位置变化时,见到的土星倾角不同,才会造成地球所见的土星环模样不同。

  

  惠更斯提出的土星环相对于地球的倾角随地球与土星公转而改变的概念

  土星自转轴与其轨道面有约26.7度的夹角(谓之「赤道倾角」),造成土星环相对于地球的倾角会随着土星绕太阳公转而改变;再加上土星轨道面与黄道面(地球平均公转轨道面)有约2.5地的夹角(谓之「轨道倾角」),这使得土星环相对于地球的倾角在一年之中还会有波浪性的变化。

  下图呈现1970~2050年间的土星环相对于地球的每日倾角随时间变化,其中倾角0度时,表示土星赤道正对地球,倾角正数者为土星北半球倾向地球,负数者为南半球倾向地球。从图中可见,今年的土星北极后方的土星环已经被土星本体遮挡。

  

  1970~2050年间的土星环相对于地球的倾角变化

  下方这张1991-2021年各次土星冲的土星外观图中,也轻易的比较出土星环倾角造成的视觉差异喔!

  

  

  太阳系的4颗行星——木星、土星、天王星与海王星都有光环,但在地球上只有土星的光环用小望远镜就能观察到。

  土星环其实是由许多由冰粒与尘埃构成的细环组成的庞大结构,沿着土星赤道向外延伸,宽度超过114,000公里,相当于地球直径的8倍之多!然而这么宽的光环,平均厚度却仅有20公尺,让外观如同光碟片一般。

  

  因为土星环扁而宽的特性,在地球与土星都绕太阳公转,彼此相对位置一直改变的情况下,光环看起来的模样也随之改变,有时甚至因光环恰好薄薄的侧面面对地球而发生望远镜中看不到光环的「土星环消失事件」。

  400多年前的大天文学家伽利略从1610年开始观察记录土星,首度发现土星环的存在,可是他看到的光环有时像三个黏在一起的小球,有时像土星长了耳朵,有时则是光环不见了,使他百思不解。下图是他记录的1610年(上)与1616年(下)的土星和土星环外观。

  

  直到1659年才由另一位天文学家惠更斯揭开谜底:原来只是因为土星环太薄了,当太阳-地球-土星的相对位置变化时,见到的土星倾角不同,才会造成地球所见的土星环模样不同。

  

  惠更斯提出的土星环相对于地球的倾角随地球与土星公转而改变的概念

  土星自转轴与其轨道面有约26.7度的夹角(谓之「赤道倾角」),造成土星环相对于地球的倾角会随着土星绕太阳公转而改变;再加上土星轨道面与黄道面(地球平均公转轨道面)有约2.5地的夹角(谓之「轨道倾角」),这使得土星环相对于地球的倾角在一年之中还会有波浪性的变化。

  下图呈现1970~2050年间的土星环相对于地球的每日倾角随时间变化,其中倾角0度时,表示土星赤道正对地球,倾角正数者为土星北半球倾向地球,负数者为南半球倾向地球。从图中可见,今年的土星北极后方的土星环已经被土星本体遮挡。

  

  1970~2050年间的土星环相对于地球的倾角变化

  下方这张1991-2021年各次土星冲的土星外观图中,也轻易的比较出土星环倾角造成的视觉差异喔!