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如果地球有環,會是什麼模樣?

http://finance.sina.com   2020年09月27日 18:46   北京新浪網

  新浪科技訊 北京時間9月28日消息,據國外媒體報道,土星(Saturn)以古希臘神祗命名,它的環狀結構更是使其頗具王者氣息。土星環幾乎全部由大大小小的冰塊構成,直徑達數十萬公里。這也是土星最引人入迷的一項特徵,自伽利略1610年用望遠鏡發現它們以來,這些大大小小的土星環便一直令人類着迷不已。

  假如地球也有環,又會是什麼樣子呢?爲解答這一問題,太空與科幻插畫師羅恩•米勒特意製作了一些令人驚歎的圖片,描繪了地球如果有與土星同比例的環狀結構、天空可能呈現的模樣。

如果地球也有土星那樣的環,這將是從危地馬拉看到的情景。如果地球也有土星那樣的環,這將是從危地馬拉看到的情景。

  這些環最穩定的位置將是環繞赤道一圈,因此環的外觀也會隨着緯度高低有所變化。例如在赤道附近,你只能看到環的最內側,彷彿一條細線從地平線上直直升起。而在北極圈附近看去,這些環猶如地平線上方聳起的一座高峯。在溫帶地區,這些環的形狀則像一座巨大的拱門,從天空的一端跨到另一端。

  這些亮晶晶的環不會像太陽一樣升起或落下,而是會永遠待在天空中的同一個位置。無論晝夜,人們都能看見這些巨大的“地標”。

  明亮的岩石

圖爲從赤道上的厄瓜多爾看到的情景。圖爲從赤道上的厄瓜多爾看到的情景。

  地球如果有環,有一點將與土星環截然不同:地球的環中不會有冰塊。因爲地球到太陽的距離比土星近得多,就算環中有冰,也會在太陽輻射的作用下融化殆盡。

  不過,就算地球的環全部由岩石構成,看上去也不會黑乎乎一片。月岩大部分都是灰色的,月球表面對光線的反射率也只有12%左右,但哥倫比亞大學天體生物學系主任卡列布•沙夫指出:“由於有大量光線落到月球表面,並且月球離我們很近,因此滿月看上去也十分明亮。”

  地球的環可能有多亮呢?“抵達地球大氣層頂部的陽光量約爲每平米1300瓦特,”沙夫指出,“哪怕地球的環只能反射其中10%的光線,每平米反射的光量也相當於一隻130瓦的燈泡了。”

  比月球更近

圖爲從北極圈看到的情景。圖爲從北極圈看到的情景。

  這些環距離地球會多近呢?會干擾飛機飛行嗎?

  據大氣科學研究大學聯盟(UCAR)指出,地球如果有環,最近只能觸及到大氣層中的“熱層”上方,距地面約1000公里。而商用飛機一般最高只能飛到11公里,問題應該不大。(我們過會兒再討論衛星和太空旅行。)此外,大氣的拖曳作用會將高度過低的物體進一步下拉,這樣一來,這些岩石就會在下落過程中燃燒殆盡。

  那這些環最遠又能延伸到哪裏呢?任何圍繞地球旋轉的物體一旦近到一定程度(即洛希極限),就會在地球引力的作用下分崩離析,成爲地球岩石環的一部分。例如,一個像月球那麼大的天體一旦進入地球方圓11850公里之內,就會發生解體,形成一圈圍繞地球的環。

  總而言之,地球外環到地球的距離甚至可能比月球還要近。

  一個環還是多個環?一個衛星還是多個衛星?

  地球會只有一個環還是多個環,要取決於地球是否有所謂的“牧羊衛星”,即分佈在各個環之間的小型衛星,它們可以在環與環之間“劃清界限”、將顆粒物限定在某個環內,就像牧羊犬看住羊羣、防止走散一樣。土星環中分佈着多個牧羊衛星,比如土衛十六(Prometheus)。如果地球環中也有牧羊衛星,看上去也許好似點綴在環邊的一顆顆閃亮的珍珠。

  沙夫指出,如果地球仍像現在這樣、有一顆這麼大的衛星的話,就不太可能擁有持久的環,因爲月球對地球的引力產生的潮汐作用也許會對環造成影響,使之分崩離析。

  暗影降臨

如果你在美國華盛頓,地球的環看上去就像一道奇特的彩虹。如果你在美國華盛頓,地球的環看上去就像一道奇特的彩虹。

  根據時間、季節和緯度的不同,地球的影子也許會投射在環上,看上去呈橢圓形,“並且會隨着時間的推移不斷移動。”(就像你的影子都比你的實際身高要長一樣,地球的影子看上去也是橢圓形、而不是圓形的。)

  在春分和秋分時,太陽與環處於同一平面。此時從地球的中緯度地區看去,地球的影子在環上所佔的面積將達到最大,將大部分環都籠罩在黑暗之中。而在赤道上看去,環似乎將太陽一分爲二,整個世界會顯得一半明亮、一半黑暗。

  反過來,環也會在地球上投下陰影。在北半球的夏季和南半球的冬季,環的影子都會落在南半球,反過來則會落在北半球。這意味着,兩個半球的冬季都將變得比現在更冷、更難熬。但與此同時,環反射的光線又可能增加地球接收到的總光量,“導致氣候變化更加難以捉摸。”

  相關神話

春分和秋分時天空的景象。春分和秋分時天空的景象。

  既然這座巨大的“宇宙地標”永遠不會改變在天空中的位置,這些環必將在神話故事中扮演重要角色。在中緯度地區,由於環的形狀像一座拱門,也許會被人們想象成連接天堂與地球之間的橋樑。

  由於環的模樣會隨着緯度變化,人們對它們的解讀或許也會有所不同。既然地球上的戰爭往往源自宗教教義的分歧,當古人開始周遊世界、發現環的模樣會不斷變化時,不知他們又會作何反應呢?

  這些環也很可能引誘人們四處漫遊。由於環的形狀像一座拱門,也許有人會想去看看“拱門”落地之處,就像有人想看彩虹的盡頭是什麼一樣。

  沙夫還指出,在地球落在環上的影子的邊緣處,也許會顯露出血紅色等特殊的色彩。“人們肯定會針對這一點編出各式各樣的神話故事。”

  此外,在特定的緯度和季節,太陽的運動軌跡也許會從環背後穿過。構成環的顆粒物可能會使陽光發生散射,使太陽看上去霧濛濛的。“太陽從環背後穿過這一現象也許會被某個文明賦予一定的宗教意義,光是想象這一點就很有趣了。”沙夫表示。

  航海家的指路儀

  這些環也許還能爲導航提供巨大的幫助,爲旅行、探索、貿易、移民和入侵等活動提供支持。

  例如,千百年來,水手們一旦開始在海上航行、看不見陸地的蹤影,就難以準確判斷自己所在位置的經緯度了。他們會設法利用天文學來判斷緯度,比如在白天觀察太陽的高度、在夜間觀察北極星或南十字星的高度等等。但要想準確計算出所在經度,則困難得多。

  假如地球有環,也許能從多個方面幫助航海家們估算經度。例如,牧羊衛星會沿着規律的軌道圍繞地球運轉,就像鐘錶上的指針一樣。土星環上分佈着若干神祕的“輻條”,也許與土星磁場有關。假如地球環上也有這類輻條,就可以起到錶盤上時間標記的作用了。地球影子在環上的移動也可以起到計時作用。“有了這些環,你就擁有了一套精密的計時系統。”沙夫指出。

  環與太空

  從理論上來說,衛星和航天器也許會在環的下方運行,具體取決於環所在的位置。例如,國際空間站位於地表上方400公里處,也許會位於環的下方。而地球同步衛星的高度爲地表上方35786公里,可能會遠遠超出環的高度。不過,這些環可能會分散赤道上方的衛星和航天器發出的無線電信號,對它們的作用造成限制。

  另外,這些環還可能對天文學造成干擾,阻擋在地面上觀察夜空的人的視野。這也許會限制科學家對宇宙關鍵細節的瞭解,比如其它星系的存在、以及宇宙在不斷膨脹等等。

  火星環與地球環

  巖質星球擁有環的可能性有多大呢?此前有研究發現,火衛一之前也許一度是以火星環的形式存在的。而隨着火衛一距離火星越來越近,再過數百萬年,它也許會被撕裂開來、再度變成火星環。

  地球可能也有過環。我們的地球誕生於約45億年前,並且此前研究顯示,月球是在此不久後形成的。關於月球的起源,最盛行的一種解釋是,月球是兩顆原行星相撞的產物。其中一顆是剛剛誕生的地球,另一顆則是一塊火星那麼大的岩石,名叫“忒伊亞”(Theia,古希臘神話中的月球之母)。這次撞擊產生的碎片也許在地球周圍形成了一個環,不過最終逐漸合併成了月球的一部分。

  也就是說,雖然“地球有環”聽上去是個奇妙的幻想,但在遙遠的過去,至少有那麼一段時間,這個幻想也許曾短暫地成真過。(葉子)

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