土星的環爲什麼不掉在土星上?

向紓孜


土星的環為什麼不掉在土星上?

“土星的引力是很大的呀,地球上模仿土星環境,結果是土星環維持不了一個小時,這是為什麼?”請問題主這是哪裡得來的信息?如此龐大的結構,即使從內圈開始源源不斷的跌落地球,一個小時之內也掉不完!

天體之間是接近還是遠離,與天體的引力大小無關,而與互相環繞的兩個天體的距離與速度有關,就如黑洞周圍依然有可以有環繞它運轉的天體,只要其軌道的距離與環繞的速度合適,它可以永遠留在那個軌道上,除非黑洞吞噬天體之後引力再次擴大破壞了這個平衡。

土星的環會受到很多因素的影響,比如其環內天體的碰撞、土星衛星的引力、太陽風或者路過土星環附近的彗星的影響,都會導致土星環的小型天體離開原來的軌道落入土星的大氣層。

就如這樣的畫面,當然上圖是卡西尼墜入土星的大氣層示意圖。

土星環不會永遠保持下去,土星環也不是與生俱來,它的年齡並不久,約在2-3億年前才開始生成,在未來5-10億年內將慢慢消失,除了墜入土星大氣層外陽光的照射產生的等離子氣體使其加速逃離也是重要因素。

土星環生成示意圖,基本上相關機構認為是有天體落入土星洛希極限破碎形成,只是這些天體應該是原本就是環繞土星的衛星,因此在這個過程中碎裂的環會環繞很久而不至於落入土星的大氣層,因為其速度與軌道可以讓其在土星的軌道上停留很久。不像1994年撞入木星的蘇梅克列韋9的運氣那麼差,那顆衛星在上一次軌道路過木星時即被撕碎,第二次回來的時候一頭撞入了木星。那顆軌彗星的軌道是一個大橢圓軌道....

慧木相撞示意圖


星辰大海路上的種花家


答:土星環雖然位於洛希極限內,但是屬於點質量天體的引力穩定區,導致土星環整體是穩定的,並不會墜入土星。




小天體繞行星運行是否穩定,有兩個大的影響因素:

(1)小天體是否受其他衛星天體的影響,如果受影響,小天體的運行將是不穩定的,可能被加速拋出,也可能被減速後墜入行星;

(2)小天體是否接觸行星的外層大氣,如果受行星大氣的阻力,小天體會逐漸損失動能;

而土星環的絕大部分,都沒受到上面兩個因素的影響,只有少部分處於不穩定區。


這將導致,土星環上的碎石和冰塊只要有一個合適初速度,就能一直圍繞土星運行,其軌道的變化過程是非常緩慢的;就如我們的月亮一樣,並不會掉到地球上來!



其實從本質上看,土星的低軌道和高軌道上,都是有可能存在土星環的,只是這部分土星環並不穩定,在長時間的磨合過程中,只剩下了穩定的土星環。


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