为什么太阳系只有土星有行星环？

为什么太阳系只有土星有行星环？

可不止哟，木星、天王星、海王星都有环

我小时候 (80 年代) 的 <十万个为什么> 天文分册里, 就明确的说过, 所有类木行星 (木星, 土星, 天王星, 海王星) 都有光环.


"只有土星有行星环" 这种随便百度一下都能知道错误的问题, 让人很难吐槽啊.

其实气态行星都有环，只不过土星的最明显，也是唯一可以用普通天文望远镜直接肉眼看到的行星环
如果外星人观测能力够强，会发现地球也有环，高度在3万6千千米以上

你的问题，让木星、天王星和海王星尴尬的说不出话来～

先问是不是。
我们来看看这张照片。



这是1977年发射的“旅行者2号”在1986年掠过天王星时拍摄的一张可见光照片。你可以看到，天王星几乎没有任何突出的特征——它看起来就是一个冰冷而巨大的浅蓝色球体，这也是我们大多数人对天王星的印象。
这颗冰质行星的表面温度低达53 K[1]（约-220℃），这意味着它无法提供太多的能量来引起像风暴这样的剧烈现象，也因此让天王星的外观看上去显得如此无趣。

不过，这不是天王星的全部。事实上，可见光只是我们用来观察行星的很小一部分。下图是1998年由哈勃空间望远镜的NICMOS照相机拍摄的一张天王星的近红外光假彩色合成照片，这次我们清楚地看到了这个冰巨人的表面、卫星以及另一个特征——行星环！




其实到1977年，已经有九个不同的环被确认。而在1986年旅行者2号拍摄的图像中发现了另外两个环，在2003-2005年哈勃空间望远镜拍摄的照片中又发现了2个外环。因此天王星一共有13个已发现的行星环，按照离行星距离增加的顺序，分别被命名为1986U2R/ζ，6，5，4，α，β，η，γ，δ，λ，ε，ν和μ。

你以为只有土星和天王星有星环吗？
下面的照片是“旅行者2号”在1989年掠过海王星时拍摄的照片。
海王星有五个不同的光环[2]，按照离它的距离递增的顺序，分别是Galle、Le Verrier、Lassell、Arago和 Adams。除了这些轮廓分明的环之外，海王星还可能拥有一片极其暗淡的物质，它从Le Verrier向内延伸到Galle环，并可能向行星的更深处延伸。





看完上面你可能会想了，既然土星、天王星、海王星都有环了，那太阳系中体积最大的木星是不是也值得拥有？
没错。
木星有一个暗淡的行星环系统。木星环是继土星和天王星之后，在太阳系中发现的第三个环系。主环是在1979年由“旅行者1号”探测器发现的[3]，该系统在20世纪90年代由“伽利略号”木星探测器进行了更彻底的研究[4]。之后，哈勃空间望远镜和从地球上都观测到了主环[5]。“新视野号”探测器在2007年获得的高分辨率图像揭示了主环中丰富的精细结构以及置身其中的木卫十五(adrastea)与木卫十六(Metis)。




木星环系统很暗，主要由尘埃组成。它有四个主要组成部分：一个被称为“晕环”(halo ring)的厚厚的粒子内环；一个相对明亮、异常薄的“主环”；和两个又宽又厚又暗的外层“薄纱环”(gossamer ring)，它们由木卫十四(Thebe) 和木卫五(Amalthea)产生的尘埃组成。主环和晕环由从木卫十六(Metis)、木卫十五(Adrastea）以及可能更小的、未被观测到的天体喷出的尘埃组成。
更新一张刚由詹姆斯·韦布空间望远镜拍摄的木星照片，这次我们能看到高清彩色的环了！



最后再拓展一下：迄今为止发现的系外行星中有带行星环的吗？
看完上述内容很容易知道，即使是在太阳系内，观测行星环都不是一件容易的事。对于系外行星来说更是一个巨大的挑战。这个时候，可见光和红外望远镜只能缴械投降，我们必须要借助阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜（ALMA）这样的高分辨率射电望远镜才能实现如此高难度的观测。
迄今为止，实打实被确认到带星环的系外行星一共只有以下3例，均由ALMA发现。参考文献可以看pdf全文。
PDS 70c（Isella et al. 2019[6]; Benisty et al. 2021[7]）
SR 12 c（Wu et al. 2022[8]）
AS 209（Bae et al. 2022[9]）




PDS 70c    注意行星是放大后的那个小点，左图的光环是恒星诞生过程中形成的原行星盘（行星自身从原行星盘中诞生）。



SR 12 c



AS 209

再补充一个，评论区的朋友 @天使哥 发现了更刁钻的角度。
小行星也可以有光环！
女凯龙星（10199 Chariklo）是已确认的最大的半人马小行星。它在土星和天王星之间围绕太阳运行。2014年3月26日，天文学家宣布在女凯龙星周围发现了两个环（Oiapoque和Chuí），使其成为第一个已知有光环的小行星[10]。
不过两个光环都是通过掩星观测确认的，并没有实际拍摄到光环的照片。



Chariklo系统掩星光变曲线。中心光度下降是由Chariklo自身引起的，在ingress和egress观测到两个次级事件2013C1R和2013C2R对应的就是两条光环。