土星環(huán)是太陽系最壯觀的天體結(jié)構(gòu)之一，它由一系列同心的、但密度和亮度上都不同的小環(huán)組成。

土星?NASA/JPL/Space Science Institute

它位于赤道平面上，非常寬，水平方向向外延伸282000公里，但它卻非常薄，有些地方從頂部到底部甚至只有10米。

雖然土星環(huán)肉眼不可見，但是它的主要成分是水冰，所以相對(duì)于土星顯得非常明亮，就像給土星加了一個(gè)光環(huán)一樣，讓土星變得更加迷人。

實(shí)際上，類似土星環(huán)一樣的行星環(huán)在太陽系非常普遍，只是其它行星的環(huán)都沒有土星的壯觀，木星、海王星和天王星都已經(jīng)被觀察到存在行星環(huán)，

海王星的環(huán)?NASA

之所以只有土星環(huán)如此壯觀，其中一個(gè)原因是行星環(huán)可能只是暫時(shí)的，隨著時(shí)間推移，物體之間的引力會(huì)使它們落入行星，而土星光環(huán)比較年輕，它被認(rèn)為只有幾億年的歷史。

另外一個(gè)原因，也是非常有趣的部分，土星的衛(wèi)星之一——土衛(wèi)二地下海洋噴出的水冰是土星E環(huán)的物質(zhì)來源。

土衛(wèi)二噴涌而出的水冰羽流?NASA/JPL/Space Science Institute

既然行星環(huán)只是暫時(shí)的，那么地球是否曾經(jīng)也有過光環(huán)呢？

眾所周知，火星有兩顆較小的天然衛(wèi)星——火衛(wèi)一和火衛(wèi)二，一些天文學(xué)家認(rèn)為這兩顆很可能就是“火星環(huán)”的遺跡。

行星環(huán)遠(yuǎn)不是氣態(tài)巨行星獨(dú)享的，條件允許的話，巖石行星也會(huì)擁有自己的光環(huán)，地球歷史有一次爭(zhēng)議較小的環(huán)存在，那就是月球形成的時(shí)候。

現(xiàn)在主流的理論認(rèn)為，月球的形成是因?yàn)樵?5億年前，一顆火星大小的天體撞擊了地球（現(xiàn)在喜歡將這個(gè)天體稱為忒伊亞），最終形成了現(xiàn)在的月球和地球。

然而，這個(gè)過程肯定不是一蹴而就的，在撞擊瞬間有海量的碎片被拋向太空，這些碎片最初可能會(huì)變成地球的光環(huán)，只是后面這些碎片要么落入了地球，要么落入了月球。

最近，一項(xiàng)研究指出，地球的過去可能不止一次出現(xiàn)過光環(huán)，在大約4.66億年前，地球還獲得過一次環(huán)，這個(gè)光環(huán)存在數(shù)千萬年，而且它要為地球最近5億年里最冷的冰期負(fù)責(zé)！

行星環(huán)到底是如何形成的？

我們前面提到過，天體間的撞擊可能會(huì)形成行星環(huán)，因?yàn)檫@個(gè)過程會(huì)有大量的碎片產(chǎn)生，但實(shí)際上，已知現(xiàn)存的幾乎所有行星環(huán)都不是直接撞擊形成的。

目前觀測(cè)到的行星環(huán)大部分都位于洛希極限內(nèi)，只有創(chuàng)神星（柯伊伯帶天體）的兩個(gè)除外——2023年科學(xué)家在創(chuàng)神星的洛希極限之外發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)環(huán)。

洛希極限指的是一個(gè)天體自身的引力與第二個(gè)天體對(duì)它造成的潮汐力相等時(shí)的距離，它隨著行星半徑的增加而線性增加。

當(dāng)兩個(gè)天體之間彼此靠近，并小于洛希極限時(shí)，較小的天體就有可能被撕碎，這是因?yàn)檫@時(shí)較小天體各個(gè)位置上所收到的力無法再由小天體自身的引力主導(dǎo)。

那些被撕碎后的碎片會(huì)演變成圍繞較大天體赤道旋轉(zhuǎn)的碎屑環(huán)，這就是行星環(huán)形成的原因。

由于那些較大的氣態(tài)巨行星洛希極限大，更容易捕獲其它天體并將其撕碎，因此都存在光環(huán)。

另外，之所以是在赤道平面上，有許多原因，其中之一就是赤道上有最大的離心力，碎片更容易被甩成環(huán)。

?Picasa/Wikimedia Commons

為什么說4.66億年前的地球有過光環(huán)？

我們前面提到過，行星環(huán)通常只是暫時(shí)的，隨著時(shí)間推移，他會(huì)掉落到較大天體上，科學(xué)家就是通過分析地球過去的隕石襲擊來推測(cè)光環(huán)的存在。

大約4.66億年前，大量隕石開始撞擊了地球，至于科學(xué)家如何知道這點(diǎn)，是因?yàn)樵S多撞擊坑是在地質(zhì)學(xué)上短暫的時(shí)期內(nèi)形成的。

在同一時(shí)期，歐洲、俄羅斯和中國(guó)發(fā)現(xiàn)的石灰?guī)r沉積物中，含有大量來自某種隕石的碎片。

而這些隕石碎片表明，它們暴露在太空輻射下的時(shí)間比我們今天看到的其它隕石要短得多（這說明它們可能是在地球上空才形成的）。

除了隕石襲擊之外，那時(shí)候還發(fā)生了高頻率的海嘯——這是從其他雜亂的沉積巖中推測(cè)出來的。

科學(xué)家確定了這次高頻率撞擊時(shí)期形成的21個(gè)隕石撞擊坑，并分析了他們的分布。

?ArtOfAnrach

雖然這些隕石坑在世界各地被發(fā)現(xiàn)，但是利用地球板塊過去運(yùn)動(dòng)的模型就可以發(fā)現(xiàn)，所有這21個(gè)隕石坑都位于當(dāng)時(shí)靠近赤道的大陸上，沒有一個(gè)隕石坑位于更靠近兩極的地方。

您可能想知道，所有撞擊都發(fā)生在赤道附近，這能說明什么呢？

這項(xiàng)研究的科學(xué)家測(cè)量了當(dāng)時(shí)地球表面適合保存隕石坑的面積，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)只有大約30%的土地位于赤道附近，而有70%的土地位于高緯度地區(qū)。

隕石撞擊地球它是一個(gè)隨機(jī)事件，任何地方被撞擊的概率是一樣的，就像我們?cè)谠虑颉⒒鹦呛退巧峡吹降臒o規(guī)則隕石坑一樣。

所以，如果這些隕石坑彼此之間沒有任何關(guān)聯(lián)的話，那么它們?nèi)砍霈F(xiàn)在赤道附近的可能性極小。

因此有理由懷疑，當(dāng)時(shí)有一顆大型小行星在與地球近距離接觸時(shí)被撕碎，并逐漸在赤道上空形成一個(gè)環(huán)。

然后，在之后的幾千萬年里，這個(gè)環(huán)的小行星碎片像雨點(diǎn)一樣落到地球上，形成了我們前面描述的隕石坑、沉積物和海嘯。

看到這里，您是不是會(huì)覺得僅憑這些就判定當(dāng)時(shí)有一個(gè)環(huán)，是不是有點(diǎn)倉促。

答案是肯定的。

?Picasa/Wikimedia Commons

不過這項(xiàng)研究的科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，如果當(dāng)時(shí)的地球擁有一個(gè)環(huán)的話，那么它就可以解釋當(dāng)時(shí)的很多無法解釋的謎團(tuán)。

您可能不知道，如果地球真的擁有一個(gè)環(huán)的話，那么我們?cè)诘厍蛏嫌^測(cè)它會(huì)顯得非常壯觀。

地球的光環(huán)不會(huì)像土星環(huán)一樣主要由水冰組成，因?yàn)榈厍蚓嚯x恒星太近了，不過即便是巖石光環(huán)，它依然會(huì)非常明亮。

?Picasa/Wikimedia Commons

由于在洛希極限內(nèi)，所以對(duì)于地球觀察者來說，可以清楚的看到它，赤道的觀察者可以看到一條明亮的線條從地平線的一邊到另一邊，而遠(yuǎn)離赤道的地方，會(huì)看到光環(huán)在天空中延伸開來，顯得相當(dāng)壯觀。

△ 赤道上空的地球環(huán)

另外，它在夜晚反射太陽光的能力會(huì)比現(xiàn)在的月球更強(qiáng)，而且沒有周期性圓缺，因此夜晚的天空會(huì)更加明亮。

然而，這一切是有代價(jià)的，那就是“地球環(huán)”會(huì)讓地球變得更加寒冷，因?yàn)樗鼤?huì)嚴(yán)重影響太陽輻射到達(dá)地球的量。

大約4.65億年前，地球突然開始急劇降溫，而到了4.45億年前，地球進(jìn)入了赫南特冰河世紀(jì)，這是過去5億年中地球最冷的時(shí)期。

目前還沒有更多證據(jù)表明當(dāng)時(shí)具體發(fā)生了什么，讓地球突然降溫，但如果當(dāng)時(shí)地球上空出現(xiàn)一個(gè)光環(huán)的話，那就很容易解釋這次降溫。

報(bào)道原文：https://theconversation.com/hidden-craters-reveal-earth-may-once-have-had-a-ring-like-saturn-239068