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如果地球有环,会是什么模样?

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

  新浪科技讯 北京时间9月28日消息,据国外媒体报道,土星(Saturn)以古希腊神祗命名,它的环状结构更是使其颇具王者气息。土星环几乎全部由大大小小的冰块构成,直径达数十万公里。这也是土星最引人入迷的一项特征,自伽利略1610年用望远镜发现它们以来,这些大大小小的土星环便一直令人类着迷不已。

  假如地球也有环,又会是什么样子呢?为解答这一问题,太空与科幻插画师罗恩•米勒特意制作了一些令人惊叹的图片,描绘了地球如果有与土星同比例的环状结构、天空可能呈现的模样。

如果地球也有土星那样的环,这将是从危地马拉看到的情景。如果地球也有土星那样的环,这将是从危地马拉看到的情景。

  这些环最稳定的位置将是环绕赤道一圈,因此环的外观也会随着纬度高低有所变化。例如在赤道附近,你只能看到环的最内侧,仿佛一条细线从地平线上直直升起。而在北极圈附近看去,这些环犹如地平线上方耸起的一座高峰。在温带地区,这些环的形状则像一座巨大的拱门,从天空的一端跨到另一端。

  这些亮晶晶的环不会像太阳一样升起或落下,而是会永远待在天空中的同一个位置。无论昼夜,人们都能看见这些巨大的“地标”。

  明亮的岩石

图为从赤道上的厄瓜多尔看到的情景。图为从赤道上的厄瓜多尔看到的情景。

  地球如果有环,有一点将与土星环截然不同:地球的环中不会有冰块。因为地球到太阳的距离比土星近得多,就算环中有冰,也会在太阳辐射的作用下融化殆尽。

  不过,就算地球的环全部由岩石构成,看上去也不会黑乎乎一片。月岩大部分都是灰色的,月球表面对光线的反射率也只有12%左右,但哥伦比亚大学天体生物学系主任卡列布•沙夫指出:“由于有大量光线落到月球表面,并且月球离我们很近,因此满月看上去也十分明亮。”

  地球的环可能有多亮呢?“抵达地球大气层顶部的阳光量约为每平米1300瓦特,”沙夫指出,“哪怕地球的环只能反射其中10%的光线,每平米反射的光量也相当于一只130瓦的灯泡了。”

  比月球更近

图为从北极圈看到的情景。图为从北极圈看到的情景。

  这些环距离地球会多近呢?会干扰飞机飞行吗?

  据大气科学研究大学联盟(UCAR)指出,地球如果有环,最近只能触及到大气层中的“热层”上方,距地面约1000公里。而商用飞机一般最高只能飞到11公里,问题应该不大。(我们过会儿再讨论卫星和太空旅行。)此外,大气的拖曳作用会将高度过低的物体进一步下拉,这样一来,这些岩石就会在下落过程中燃烧殆尽。

  那这些环最远又能延伸到哪里呢?任何围绕地球旋转的物体一旦近到一定程度(即洛希极限),就会在地球引力的作用下分崩离析,成为地球岩石环的一部分。例如,一个像月球那么大的天体一旦进入地球方圆11850公里之内,就会发生解体,形成一圈围绕地球的环。

  总而言之,地球外环到地球的距离甚至可能比月球还要近。

  一个环还是多个环?一个卫星还是多个卫星?

  地球会只有一个环还是多个环,要取决于地球是否有所谓的“牧羊卫星”,即分布在各个环之间的小型卫星,它们可以在环与环之间“划清界限”、将颗粒物限定在某个环内,就像牧羊犬看住羊群、防止走散一样。土星环中分布着多个牧羊卫星,比如土卫十六(Prometheus)。如果地球环中也有牧羊卫星,看上去也许好似点缀在环边的一颗颗闪亮的珍珠。

  沙夫指出,如果地球仍像现在这样、有一颗这么大的卫星的话,就不太可能拥有持久的环,因为月球对地球的引力产生的潮汐作用也许会对环造成影响,使之分崩离析。

  暗影降临

如果你在美国华盛顿,地球的环看上去就像一道奇特的彩虹。如果你在美国华盛顿,地球的环看上去就像一道奇特的彩虹。

  根据时间、季节和纬度的不同,地球的影子也许会投射在环上,看上去呈椭圆形,“并且会随着时间的推移不断移动。”(就像你的影子都比你的实际身高要长一样,地球的影子看上去也是椭圆形、而不是圆形的。)

  在春分和秋分时,太阳与环处于同一平面。此时从地球的中纬度地区看去,地球的影子在环上所占的面积将达到最大,将大部分环都笼罩在黑暗之中。而在赤道上看去,环似乎将太阳一分为二,整个世界会显得一半明亮、一半黑暗。

  反过来,环也会在地球上投下阴影。在北半球的夏季和南半球的冬季,环的影子都会落在南半球,反过来则会落在北半球。这意味着,两个半球的冬季都将变得比现在更冷、更难熬。但与此同时,环反射的光线又可能增加地球接收到的总光量,“导致气候变化更加难以捉摸。”

  相关神话

春分和秋分时天空的景象。春分和秋分时天空的景象。

  既然这座巨大的“宇宙地标”永远不会改变在天空中的位置,这些环必将在神话故事中扮演重要角色。在中纬度地区,由于环的形状像一座拱门,也许会被人们想象成连接天堂与地球之间的桥梁。

  由于环的模样会随着纬度变化,人们对它们的解读或许也会有所不同。既然地球上的战争往往源自宗教教义的分歧,当古人开始周游世界、发现环的模样会不断变化时,不知他们又会作何反应呢?

  这些环也很可能引诱人们四处漫游。由于环的形状像一座拱门,也许有人会想去看看“拱门”落地之处,就像有人想看彩虹的尽头是什么一样。

  沙夫还指出,在地球落在环上的影子的边缘处,也许会显露出血红色等特殊的色彩。“人们肯定会针对这一点编出各式各样的神话故事。”

  此外,在特定的纬度和季节,太阳的运动轨迹也许会从环背后穿过。构成环的颗粒物可能会使阳光发生散射,使太阳看上去雾蒙蒙的。“太阳从环背后穿过这一现象也许会被某个文明赋予一定的宗教意义,光是想象这一点就很有趣了。”沙夫表示。

  航海家的指路仪

  这些环也许还能为导航提供巨大的帮助,为旅行、探索、贸易、移民和入侵等活动提供支持。

  例如,千百年来,水手们一旦开始在海上航行、看不见陆地的踪影,就难以准确判断自己所在位置的经纬度了。他们会设法利用天文学来判断纬度,比如在白天观察太阳的高度、在夜间观察北极星或南十字星的高度等等。但要想准确计算出所在经度,则困难得多。

  假如地球有环,也许能从多个方面帮助航海家们估算经度。例如,牧羊卫星会沿着规律的轨道围绕地球运转,就像钟表上的指针一样。土星环上分布着若干神秘的“辐条”,也许与土星磁场有关。假如地球环上也有这类辐条,就可以起到表盘上时间标记的作用了。地球影子在环上的移动也可以起到计时作用。“有了这些环,你就拥有了一套精密的计时系统。”沙夫指出。

  环与太空

  从理论上来说,卫星和航天器也许会在环的下方运行,具体取决于环所在的位置。例如,国际空间站位于地表上方400公里处,也许会位于环的下方。而地球同步卫星的高度为地表上方35786公里,可能会远远超出环的高度。不过,这些环可能会分散赤道上方的卫星和航天器发出的无线电信号,对它们的作用造成限制。

  另外,这些环还可能对天文学造成干扰,阻挡在地面上观察夜空的人的视野。这也许会限制科学家对宇宙关键细节的了解,比如其它星系的存在、以及宇宙在不断膨胀等等。

  火星环与地球环

  岩质星球拥有环的可能性有多大呢?此前有研究发现,火卫一之前也许一度是以火星环的形式存在的。而随着火卫一距离火星越来越近,再过数百万年,它也许会被撕裂开来、再度变成火星环。

  地球可能也有过环。我们的地球诞生于约45亿年前,并且此前研究显示,月球是在此不久后形成的。关于月球的起源,最盛行的一种解释是,月球是两颗原行星相撞的产物。其中一颗是刚刚诞生的地球,另一颗则是一块火星那么大的岩石,名叫“忒伊亚”(Theia,古希腊神话中的月球之母)。这次撞击产生的碎片也许在地球周围形成了一个环,不过最终逐渐合并成了月球的一部分。

  也就是说,虽然“地球有环”听上去是个奇妙的幻想,但在遥远的过去,至少有那么一段时间,这个幻想也许曾短暂地成真过。(叶子)

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