天文學專家解開土星環「消失」之迷

過去幾天,大量文章聲稱土星環正在迅速消失,並將在 2025 年完全消失。到底是甚麼原因呢?

The planet Saturn as photographed by the Cassini spacecraft, appears against the dark, black space.

土星巨大的光環系統由冰塊、塵埃和岩石組成,分佈很遠,距離土星剛剛超過 28 萬公里。 Source: AAP / NASA/EPA

如果你擁有望遠鏡,很少看到比現時土星更壯觀的景象。

目前,土星在傍晚的天空中清晰可見,在日落後達到最高點。這個時刻是使用望遠鏡或雙筒望遠鏡,仔細觀察這太陽系第六顆行星,及其著名光環的理想時機。

但在過去的幾天,大量文章在社交媒體上瘋傳。這些文章聲稱,土星環正在迅速消失,到 2025 年將會完全消失!

那麼發生了甚麼事呢?未來幾個月,在土星從夜空中消失之前,真的是我們看到它巨大光環的最後機會嗎?

最簡潔的答案是「不」。雖然到 2025 年,這些光環確實會在地球上幾乎看不見,但這不是令人驚訝或恐慌的理由。因為此後不久,光環就會「重新出現」。

傾斜的地球

為了理解為甚麼改變我們看到的土星會有變化,就要先了解地球不斷繞著太陽公轉的情況。這段旅程帶我們經歷了四季,從冬天到春天,夏天和秋天,然後又回來。

季節變化的原因是甚麼?簡而言之,從太陽的角度看來,地球向側邊傾斜,赤道與軌道平面傾斜約 23.5 度。
A diagram of Earth showing its position during solstices and equinoxes
地球有季節是因為自轉軸是傾斜的。地球繞著太陽公轉時,自轉軸一直是指向相同的方向。 Source: The Conversation / Bureau of Meteorology
當地球圍繞太陽公轉時,會交替地將一個半球傾斜朝向太陽,然後將另一個半球。當半球更向太陽傾斜時,白天會比夜晚更長,是正當春天和夏天。相反,就會有更短的白天和更長的夜晚,正經歷秋天和冬天。

從太陽的角度來看,地球像在「上下點頭」,在公轉時交替展示其半球。現在,我們看看土星。

土星比地球更傾斜

就像地球一樣,土星也有季節,但比地球的季節長 29 倍以上。地球赤道傾斜度23.5度,而土星赤道傾斜度26.7度。結果當土星圍繞太陽公轉 29.4 年時,從地球和太陽的角度來看,它似乎也在「上下點頭」。

那麼土星環如何?這顆行星巨大的光環系統由冰塊、塵埃和岩石粒組成,分佈很遠,離開行星28 萬公里多一點。但它非常薄,大多數地方只有幾十米厚。這些光環在土星赤道正上方運行,因此它們也與土星軌道平面傾斜。
Saturn and its rings, tilted at Saturnian midsummer
美國太空總署「卡西尼號」(Cassini)任務於 2016 年拍攝的土星系列影像拼湊圖片,突顯了土星在北半球夏季自轉軸的傾斜。 Source: The Conversation / NASA/JPL-Caltech/SSI. Composite by Jason Major via Flickr, CC BY-NC-SA
美國太空總署「卡西尼號」任務於 2016 年拍攝的影像,突顯了土星在北半球夏季自轉軸的傾斜。資料來源:對話/ NASA/JPL-Caltech/SSI。由 Jason Major 透過 Flickr 合成,CC BY-NC-SA

那為甚麼土星環會「消失」呢?

土星環非常薄,從遠處看,當傾斜角度,幾乎與地球平衡時,土星環(從地球看會變得如細線)似乎消失了。試想像以眼睛的水平角度側視一張紙的邊緣,它幾乎從視野中消失。

當土星公轉時,在地球的觀察點會改變。在一半的軌道上,它的北半球向我們傾斜,而行星環的北面也向我們傾斜。

當土星轉到太陽的另一面時,它的南半球指向我們的方向。出於同樣的原因,我們看到土星環的南面向我們傾斜。

說明這一點的最佳方法是拿起一張紙,將其以水平角度與眼睛對齊。現在,將紙張向地面移動幾吋。你看到了甚麼?

你可以看到紙張的上側。然將紙張向上移動,將其舉在你上方,你可以看到紙張的底面。但當它的邊緣與眼睛愈成水平角度時,紙張幾乎就會消失。
A gif showing a cartoon Saturn rotating in a black background.
模擬示範從地球觀察土星 29.5 年的軌道周期。土星環系統位於土星赤道的正上方,因此在土星運行一年的過程中,從地球上都可以看到其光環的兩側。 Source: The Conversation / Tdadamemd / Wikimedia Commons, CC BY-SA
這就是我們看到土星環的情況。隨著土星季節更替,我們從土星環的由南邊轉向北面。然後,土星向後傾斜,再次露出南面。

每個土星年都會有兩次看到土星環的邊緣因隨著土星的轉動而對準地球,然後它幾乎從視野中消失。

這就是 2025 年發生的事情,土星環看似「消失」的原因是我們觀察的角度正對準土星環的邊緣。

這種情況經常發生。上一次「消失」是在 2009 年,隨後幾個內,光環逐漸再次變得可見。土星環的邊緣將於 2025 年 3 月再次與對準地球。隨後它將逐漸重現,在 2025 年 11 月再次「消失」。

此後,光環將逐漸變得越來越明顯,並在隨後數月利用最大型的望遠鏡會率先看到。完全不用擔心。

如果想清淅地看到土星環,現在是最好的時機,否則至少要等到 2027 年或 2028 年!

本文作者Jonti Horner 為南昆州大學(University of Southern Queensland)教授,不為任何可從本文中受惠的公司或組織工作、諮詢、持有股份或接受其資助,並且除其學術職位外,沒有任何其他相關關係。

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Published 16 November 2023 7:10pm
By Jonti Horner
Source: The Conversation


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