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我们认为大多数行星环是卫星或彗星离行星太近时被潮汐破坏遗留下来的碎片。
但一些不那么坚固的环显然是由附近卫星活动排入太空的粒子或某些撞击产生的粒子形成。
土星环是由冰构成的,会反射80%的阳光。
尽管土星环的外表很突出(图3),但如果把它们集中在一起,环中的物质只能形成一个直径约100千米的物体。
虽然还没有拍摄到单个光环粒子,但当行星的阴影落在土星环上时,土星环冷却的速度表明它主要由直径在1厘米到5米之间的微粒构成。
相比之下,木星环的粒子要小得多,主要是微米大小,并且这些粒子的反射能力也比土星环中明亮的冰团要弱得多。
天王星和海王星的环状物质反射太阳光的能力很差,和木星一样;但天王星和海王星的大部分光环粒子的直径都在厘米到米之间,和土星一样。
图19 卡西尼号于2009年7月27日拍摄的5000千米宽的部分土星环照片。
在这个尺度下,土星环的曲率(在右边的视野之外)几乎不显现。
在粒子密度最大的地方,光环反射的阳光最多,黑色的部分显示出无粒子的缝隙。
土卫十八(Pan)是一颗直径为28千米的牧羊犬卫星,图中可以看到它在土星环最宽的缝隙中运行。
土卫十八除了会将这个环间隙清扫干净,还会影响间隙内其他狭窄且不连续的卫星环。
这张照片是在太阳非常靠近土星环所在平面的时候拍摄的,土卫十八的影子在土星环上特别长
轨道共振导致环与环内小卫星之间存在复杂的引力相互作用(图19)。
这些环内小卫星通常被称为“牧羊犬卫星”
,因为其中一些环内小卫星会将环间隙清扫干净,另一些环内小卫星形成时会产生一些窄小的环,且这些环的轨道刚好在它们的内侧或外部。
一般来说,环与它们的行星的距离要小于环与规则卫星的距离。
但土星是个例外,因为它有一个由暗的尘埃物质组成的外环。
这个弥散的外环围绕着土卫九的轨道。
土卫九是土星最内侧的不规则卫星。
值得注意的卫星
曾经有一段时间,几乎所有人都认为,即使那个外行星最大的卫星,也只是枯燥的天体。
它们只是古老的冰球,被撞击弄得坑坑洼洼,记录着外太阳系的轰击历史。
如果你不想研究共同轨道演化,外行星卫星就没有什么意义了。
这种观点一直持续到了1979年3月,直到加州大学的斯坦顿·皮尔与两位同事发表的一篇论文指出,木星最内层的伽利略卫星,木卫一(Io)和木卫二(Europa)之间精确的2∶1轨道共振会导致木卫一的形状发生潮汐变形,因此,木卫一内部应该是熔融的。
通过对木卫一和木卫二的密度估计和表面光谱分析,我们已经知道木卫一有岩石外壳,不像其他卫星外壳主要是冰。
因为岩石体内部的熔化温度要高得多,所以提出岩石体有一个熔融内部是特别大胆的猜想。
还好旅行者1号在论文发表的几天后飞过木卫一,传送回喷发的火山图片,里面显示木卫一火山顶部是300千米高的喷射羽状物,不然很少有人会相信这种说法。
虽然木卫一的潮汐加热是迄今发现的卫星中最强的,但这样的过程也影响着各种其他卫星,它们中的许多都有古代潮汐加热的痕迹。
潮汐加热使这些卫星千差万别,这也引起了地质学家的兴趣。
大多数有潮汐加热的卫星只有核是岩石,地质学家对此并不介意。
这些卫星被一层厚厚的冰覆盖,表面一层可能在化学组成上截然不同。
外太阳系天体普遍表面温度低(木星卫星的表面温度为-140℃,海王星卫星的表面温度为-235℃),在这里,冰的力学性质和融化行为与内太阳系的岩石非常相似。
换句话说,这些天体具有和类地行星类似的行为和结构,只是其核心是岩石而不是铁,壳和幔是冰而不是岩石。
但木卫一是一个例外。
它没有冰,却有岩石构成的外壳和被幔包围着的铁核,如果它是围绕太阳而不是木星运行的,将被归类为类地行星。
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