木星環・1996年11月6日・伽利略號拍攝・圖源NASA說起宇宙探索 讀者朋友的腦海裏浮現的 除瞭土星，它們也有星環！ - 趣味新聞網

木星環・1996年11月6日・伽利略號拍攝・圖源NASA

說起宇宙探索，讀者朋友的腦海裏浮現的，一定有航天飛機、火箭、人造衛星這些符號，還有一些長得漂漂亮亮的行星，像是戴著寬寬的草帽。

這個大草帽的原型，就是咱們太陽係的土星。圍著它的這個冰雪行星環，使它成為太陽係的顔值擔當。

但你知道嗎？其實，四顆大行星―― 木星 、 土星 、 天王星 、 海王星 都是有行星環的，隻是另外三位沒有土星的這麼酷炫罷啦。今天，我們就來聊聊天王星和木星的行星環吧。

怎麼就想起來要說它們瞭呢？因為日子：1977年3月10日，人類確知瞭天王星環的存在；1979年3月4日，旅行者1號拍到瞭木星環。所以，今天談談它們，是把四十多年前的兩個發現擱到一起，辦個紀念慶典。

相信你一定留意到瞭，當提到 “天王星環” 時，我們用的詞是“確知”而不是“發現”。這是因為，早在 1789年2月 ，威廉・赫歇耳――對，正是發現天王星的那位大神――就在觀測筆記裏記下瞭“February 22, 1789: A ring was suspected……a little inclined to the red.”（懷疑有個環……顔色有點紅）。可是，他的觀測結果在隨後的兩個世紀內未能確認，成瞭一條難立的孤證。現在，雖然我們知道天王星確實有個環係統，其中幾條確實有點紅，但當年赫歇耳究竟有沒有真的看到它，卻成瞭永遠的謎。

天王星掩SAO 158687・1977年3月10日・Stellarium軟件模擬

1977年3月10日 ，兩位天文學傢和一位數據分析師使用柯伊伯機載天文台，飛到12500米的高空去觀測天王星掩蔽恒星SAO 158687。他們原本隻是想研究星光通過天王星大氣之後的光譜變化，這樣就可以分析天王星的大氣成分。

咦？意外發生瞭！在天王星遮蔽恒星之前和之後，這顆恒星都短暫地消失瞭五次，如下圖數據所示。三位觀測者由此判斷，天王星有個環係統，至少五條。恒星的每次消失，都錶示它正從一條行星環身後經過。根據觀測數據，人們還推算齣瞭五條環的半徑在 44000~51000km 之間。

天王星掩SAO 158687時的恒星亮度變化・《自然》雜誌1977年5月26日，267期

你可能不信：細細的行星環怎麼可能擋得住恒星嘛！這裏要說一下，我們伸齣一根手指，就可以遮住整個太陽。遙遠的恒星（SAO 158687距離我們 約5800光年 ）即使在天文望遠鏡裏，也隻是一個亮點，並不會像天文模擬軟件呈現的那樣，被放大成一個火球。

相比天王星環的傳奇故事， 木星環 的發現就直截瞭當，枯燥無味：它是旅行者1號飛掠木星時直接拍到的。不過，鑒於之前還無人看到過木星環，事先也得有所準備，知道該往哪兒瞧、怎麼拍，對不對？旅行者1號就是有備而來，它把鏡頭對著木星赤道上方的黑暗虛空，曝光瞭 672秒 ，最終發現瞭木星環。

旅行者1號拍到的木星環・1979年3月4日・圖源NASA

在上麵這幅照片裏，中間的傾斜光帶就是木星環。每條麯麯摺摺的亮綫都是太空背景裏的一顆恒星，它們不是點狀，因為672秒的長時間曝光把它們拉成瞭星跡。這些星跡呈波浪狀，是因為探測器本身有個78秒周期的振動。

大傢可能會奇怪，木星那麼大、那麼近，怎麼它的光環發現得比天王星還要晚兩年呢？還有，發現天王星環的方法，直接套用到木星身上就是瞭，為什麼還非要旅行者1號湊到跟前、幾乎瞪瞎眼纔能看到？我們比較一下木星環和天王星環的異同，或許能意識到其中的必然性。

它們的相同之處是二者都黑暗而窄細，不像土星的冰質寬邊大簷帽那麼bling bling。木星環由微米級的塵埃組成，天王星環的原料是直徑小於十米的黑暗顆粒。在當時的科技條件下，從地球直接觀察它們反射太陽光輝，都是幾乎不可能的任務（所以赫歇耳的觀測記錄難以置信）。

直接觀察非常難，就看誰的條件更有利於間接觀察瞭。

天王星環的材料顆粒個頭大，能結結實實地擋住恒星星光。相比而言，木星的微米級塵埃可以視作透明。

天王星的姿態特彆，它的自轉軸傾斜 98° 左右，躺在軌道上打滾，是它的日常。所以，它的星環和公轉麵幾乎垂直，我們從地球上有機會“俯視”天王星環的全貌。從前麵的軟件模擬可以看到，1977年，天王星環就處於這麼一個被俯視的姿態。如果發生天王星掩星，那顆恒星不論從哪個角度過來，要想走到天王星身後，就必須殺入圓環套圓環的重圍，齣現閃爍消失事件。而木星環和黃道麵基本平行，從地球上隻能看到它的側麵，近似一條綫段，大概率擋不住恒星。

恒星被天王星（左）掩蔽時，必然被光環遮擋幾次。被木星（右）掩蔽時，卻有很大幾率漏網。筆者製圖

所以，天王星雖然遙遠黯淡，它的星環卻早於木星環發現，還是要靠天資+個人努力的，並非全靠運氣。

行星環是怎樣形成的呢？目前一般認為有三個來源：一是原本就在行星周圍，因為靠得太近（術語稱“洛希極限”以內），無法凝聚成一顆大衛星的；二是天然衛星被撞擊或自然噴發齣的物質産生的碎屑；三是原本成形的小天體，飛到行星的洛希極限以內，被潮汐力撕成瞭碎片。

從天王星環內顆粒的反照率、尺寸和星環結構來判斷，科學界主流認為，天王星環的含冰量低並且相當年輕，應該是由潮汐力撕碎的小天體形成的。

塵埃組成的木星環，則有很強的證據認為是第二種來源。木星的光環係統由四個塵埃環構成，每個環的外緣邊界都非常整齊，並且“很巧”地都各自和一顆衛星的軌道重疊。這說明，環內物質是衛星被微隕石撞擊後飛嚮太空、又被嚮內鏇入木星方嚮的塵埃。每顆塵埃本身在環內隻能維持韆百年左右，但木星大胖子可以源源不斷地拽來小天體，持續製造撞擊，為光環提供原料。

木星的四層星環的外緣和衛星軌道的關係・圖源NASA

對行星環尤其是對土星環以外的行星環的發現和認知，確證瞭探索宇宙的方法的可行性和可靠性，讓人類發現瞭天體的新形式，在心智中搭建起來的“世界”，離真實更近一步。