大家可能会奇怪 ， 木星那么大、那么近 ， 怎么它的光环发现得比天王星还要晚两年呢？还有 ， 发现天王星环的方法 ， 直接套用到木星身上就是了 ， 为什么还非要旅行者1号凑到跟前、几乎瞪瞎眼才能看到？我们比较一下木星环和天王星环的异同 ， 或许能意识到其中的必然性 。
它们的相同之处是二者都黑暗而窄细 ， 不像土星的冰质宽边大檐帽那么bling bling 。 木星环由微米级的尘埃组成 ， 天王星环的原料是直径小于十米的黑暗颗粒 。 在当时的科技条件下 ， 从地球直接观察它们反射太阳光辉 ， 都是几乎不可能的任务（所以赫歇耳的观测记录难以置信） 。
直接观察非常难 ， 就看谁的条件更有利于间接观察了 。
天王星环的材料颗粒个头大 ， 能结结实实地挡住恒星星光 。 相比而言 ， 木星的微米级尘埃可以视作透明 。
天王星的姿态特别 ， 它的自转轴倾斜98°左右 ， 躺在轨道上打滚 ， 是它的日常 。 所以 ， 它的星环和公转面几乎垂直 ， 我们从地球上有机会“俯视”天王星环的全貌 。 从前面的软件模拟可以看到 ， 1977年 ， 天王星环就处于这么一个被俯视的姿态 。 如果发生天王星掩星 ， 那颗恒星不论从哪个角度过来 ， 要想走到天王星身后 ， 就必须杀入圆环套圆环的重围 ， 出现闪烁消失事件 。 而木星环和黄道面基本平行 ， 从地球上只能看到它的侧面 ， 近似一条线段 ， 大概率挡不住恒星 。

文章图片

恒星被天王星（左）掩蔽时 ， 必然被光环遮挡几次 。 被木星（右）掩蔽时 ， 却有很大几率漏网 。 笔者制图
所以 ， 天王星虽然遥远黯淡 ， 它的星环却早于木星环发现 ， 还是要靠天资+个人努力的 ， 并非全靠运气 。
行星环是怎样形成的呢？目前一般认为有三个来源：一是原本就在行星周围 ， 因为靠得太近（术语称“洛希极限”以内） ， 无法凝聚成一颗大卫星的；二是天然卫星被撞击或自然喷发出的物质产生的碎屑；三是原本成形的小天体 ， 飞到行星的洛希极限以内 ， 被潮汐力撕成了碎片 。
从天王星环内颗粒的反照率、尺寸和星环结构来判断 ， 科学界主流认为 ， 天王星环的含冰量低并且相当年轻 ， 应该是由潮汐力撕碎的小天体形成的 。
尘埃组成的木星环 ， 则有很强的证据认为是第二种来源 。 木星的光环系统由四个尘埃环构成 ， 每个环的外缘边界都非常整齐 ， 并且“很巧”地都各自和一颗卫星的轨道重叠 。 这说明 ， 环内物质是卫星被微陨石撞击后飞向太空、又被向内旋入木星方向的尘埃 。 每颗尘埃本身在环内只能维持千百年左右 ， 但木星大胖子可以源源不断地拽来小天体 ， 持续制造撞击 ， 为光环提供原料 。

文章图片

木星的四层星环的外缘和卫星轨道的关系·图源NASA
对行星环尤其是对土星环以外的行星环的发现和认知 ， 确证了探索宇宙的方法的可行性和可靠性 ， 让人类发现了天体的新形式 ， 在心智中搭建起来的“世界” ， 离真实更近一步 。