搜索
查看: 4260|回復: 2

為什麼土星環不會失散 ?

 關閉 [複製鏈接]
發表於 2010-4-1 22:58:59 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
本帖最後由 mca 於 2010-4-9 00:37 編輯

天文學家都知道,如果一顆有相當質量的衛星太接近母行星的話,它一定被行星的引潮力扯碎而瓦解,衛星不會瓦解的最少距離稱為洛希極限 (Roche limit),這個極限與衛星的密度有關,不過一般而言,洛希極限大約是行星半徑的 2.5 ~ 3 倍,以土星環而言 (圖一),本質是無數的冰粒繞土星旋轉,所以反光率高,用小望遠鏡就看見了,環的厚度不足一公里,外環的半徑多在洛希極限之內,基本上不會成為衛星而只能以環形出現。

      


不過大家是否想過,為什麼土星環能夠保持環形而不散亂呢 ?  答案原來是「守護衛星」 (shepherd satellites),它們是在洛希極限內的小衛星,質量不大,所以不易瓦解,我們姑且把守護衛星當作圍繞行星旋轉的碎片。

      


以土星環裡很窄的 F 環為例,它有一對守護衛星分別稱為 Pandora 和 Prometheus (圖二),兩者直徑只有 ~100 km,Pandora 貼近 F 環外緣運行,軌道周期 0.63 天,Prometheus 則貼近 F 環內緣運行,軌道周期 0.61 天,以移動速度計,Pandora 一定走得慢過環粒 (F 環內的冰粒),Prometheus 又一定走得快過環粒。假如環粒走動快過 Pandora,在後的 Pandora 引力會把環粒的速度拖慢,環粒因此更移向土星中心,假如環粒走得慢過 Prometheus,在前的 Prometheus 引力又會把環粒的速度加快,環粒因此更移離土星中心,就是這樣環粒被兩顆一前一後的一對衛星拉拉扯扯,結果環粒能保持穩定的平均速度繞土星旋轉,這對衛星就像守護神不讓環粒越軌。

Pan (圖三) 是另一顆在恩克縫內的守護衛星,直徑 20 公里,軌道周期 0.58 天。當縫的外邊環粒走得過慢而移向土星中心時,Pan  引力會把環粒拉回原位,當縫的內邊環粒走得過快而移離土星中心時,Pan  引力又會把環粒拉回,Pan 的責任就像清道夫把誤闖入縫內的粒子掃開至軌道兩旁,最後恩克縫的寬度維持在 300 km 左右。

     

   


天王星環和海王星環 (在地球見不到) 也是靠守護衛星定形的。
發表於 2010-4-2 19:23:55 | 顯示全部樓層
頗麻煩的數學計算:http://en.wikipedia.org/wiki/Roche_limit
 樓主| 發表於 2010-4-3 00:24:09 | 顯示全部樓層
Wiki 似乎講得複雜些,

請參考本欄另一題目 "洛希極限 Roche limit"
您需要登錄後才可以回帖 登錄 | 申請討論區帳戶

本版積分規則

手機版|Archiver|香港天文學會

GMT+8, 2021-7-25 23:59 , Processed in 0.009069 second(s), 16 queries .

Powered by Discuz! X3.4

© 2001-2013 Design S!|平潭

快速回復 返回頂部 返回列表