行星環(huán)的光環(huán)形成

早在1850年，法國數(shù)學(xué)家洛希就推斷出：由行星引力產(chǎn)生的起潮力能瓦解一顆行星，或瓦解一顆進(jìn)入其引力范圍的過往天體。這種起潮力能夠阻止靠近行星運(yùn)轉(zhuǎn)的物質(zhì)結(jié)合成一個(gè)較大的天體。洛希極限，是一個(gè)重力穩(wěn)定性的區(qū)域。據(jù)此，科學(xué)家們對行星環(huán)的成因進(jìn)行了三種推測；第一，由于衛(wèi)星進(jìn)入行星的洛希極限內(nèi)，從而被行星的起潮力所瓦解；第二，位于洛希限內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)較大的星體，被流星撞擊成碎片而形成光環(huán)；第三，太陽系演化初期殘留下來的某些原始物質(zhì)，因?yàn)樵诼逑O限內(nèi)繞太陽公轉(zhuǎn)，而無法凝集成衛(wèi)星，最終形成了光環(huán)。
不過，對于光環(huán)的成因，科學(xué)家們目前還只能是進(jìn)行猜測而已。更令他們疑惑不解的問題是那些窄環(huán)的存在，因?yàn)楦鶕?jù)常規(guī)，天體碰撞、大氣阻力和太陽輻射都會對窄環(huán)造成破壞，使它消散在空間。究竟是什么物質(zhì)保護(hù)著窄環(huán)使其存在呢？一些學(xué)者提出，一定有一些人們尚未觀測到的小衛(wèi)星位于 行星光環(huán)窄環(huán)的邊緣，它們的萬有引力使窄環(huán)得以形成并受到保護(hù)。這種觀點(diǎn)被人們后來的發(fā)現(xiàn)所證實(shí)，因?yàn)槿藗儾粌H在土星而且在天王星的窄環(huán)中，也發(fā)現(xiàn)了兩顆體積很小的伴隨衛(wèi)星，它們的復(fù)雜運(yùn)動相互作用，使光環(huán)內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)動也缺乏規(guī)律性，也許這正是不同的行星環(huán)具有不同的形態(tài)的原因所在。
隨著研究的深入，使人們當(dāng)初的一種推測——行星環(huán)為太陽系演化初期殘留下來的某些物質(zhì)繞行星公轉(zhuǎn)而成這一觀點(diǎn)，受到了越來越多的學(xué)者的懷疑。比如，德國的一位天體學(xué)家認(rèn)為，在1億年前，一顆小彗星與一顆直徑60英里的土星衛(wèi)星發(fā)生碰撞，從而形成土星環(huán)。對于神奇的行星光環(huán)，科學(xué)家們?nèi)匀徊粩嗵岢鲂碌耐茰y和假說。然而，隨著天文新發(fā)現(xiàn)的增多，行星光環(huán)反而顯得更加神秘莫測了。
行星光環(huán)是怎樣形成的呢?首先，行星本身所在的空間的溫度應(yīng)足夠低，以便能夠保留大量的原始時(shí)期的顆粒物質(zhì)，其次，行星的質(zhì)量也要足夠大，使行星的洛西限控制的空間半經(jīng)延伸得足夠遠(yuǎn)，很顯然，類地行星不具備這樣的條件，因此它們也就沒有這樣的光環(huán)存在，有光環(huán)的只可能是類木行星等一類質(zhì)量較大、距離太陽較遠(yuǎn)的行星，這就是行星的光環(huán)為什么只存在于類木行星周圍的原因，但是這個(gè)原因只是形成行星光環(huán)的一個(gè)基本原因，實(shí)際情況還是會因具體行星的情況不同而不同，木星由于質(zhì)量大，引力收縮時(shí)期產(chǎn)生的熱量多，因而驅(qū)逐了星體周圍的較多原始的剩余物質(zhì)，形成的光環(huán)較窄，為石質(zhì)的，而根據(jù)近年來的觀測資料，土星的光環(huán)可能不是原先自發(fā)形成的，而是一顆大衛(wèi)星碰撞破碎后瓦解而成的，只是碎片落在洛西限以內(nèi)，不能再形成衛(wèi)星而已，至于這顆大衛(wèi)星本身，可能是它先前所俘獲的一個(gè)天體，而天王星和海王星的光環(huán)為石質(zhì)和冰質(zhì)顆粒相間組成，且環(huán)的寬度較大，其內(nèi)部的部分可能是由于單純的洛西限作用形成的，而它的外圍部分則可能是由于更遠(yuǎn)處的幾顆大衛(wèi)星的潮汐攝動造成的，這種攝動和木星對小行星帶的攝動一樣，將其軌道內(nèi)的大部分原始的顆粒物質(zhì)拉出，使剩余物質(zhì)不能再因自身的引力聚合起來，形成較大的天體所致。