土星環像個微型太陽系,科學家自製動畫讓各環運動一目瞭然

作者 | 發布日期 2021 年 04 月 08 日 15:06 | 分類 天文 Telegram share ! follow us in feedly


土星以它的行星環系統聞名,由 99% 冰微粒與少數岩石殘骸及塵土構成,由於每道環各自行進速度不同,從某種意義來說就像一個微型太陽系。日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)行星科學家 James O’Donoghue 最近製作了土星環動力學動畫,我們能隨著時間推移清楚看見這些環如何運動。

土星環從土星赤道上方 7,000 公里延伸至 80,000 公里處,但整體厚度估計只有 10 公尺,結構主要可分為多物質堆積的 A 環~F 環,與較少物質堆積以至於拍攝影像偏暗的卡西尼縫、洛希環縫等。

雖然照片中看不出來,但構成土星環的冰塊與岩石塊實際上以接近音速 70 倍的速度在繞著土星跑,且每個環都有各自運動速率,互不干擾,較靠近土星的環運行更快,否則物質會掉落;較遠離土星的環則運行比較慢,這與行星繞行母恆星公轉的速度階梯相同。

而在 James O’Donoghue 自製的動畫中,可以看到最外層 F 環以約每秒 16.4 公里的速度旋轉,比土星自身旋轉速度還慢;最內層 D 環則以約每秒 23.2 公里的速度繞行。但若近距離觀賞,其實會發現環與環之間的物質也不會激烈碰撞,因為相鄰軌道上的冰粒之間移動速度僅為每分鐘幾公分,就像 30 分鐘走一步路,不太會發生車禍。

此外,James O’Donoghue 另一個研究主題還著眼於土星環的脆弱性。雖然它看起來分布廣泛,但總質量僅占月球質量五千分之一,加上近來科學家發現土星環正在緩慢消散,每秒有成千上萬公斤的環狀材料降落到土星上,以這種速度持續下去,我們能看到「完整的」土星環大概只剩下不到 3 億年時間。

(首圖來源:pixabay

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