为什么土星光环那么薄？

为什么土星光环那么薄？

Nasa的解答是不在环面的颗粒因为轨道具有较高能量，但会因为互相碰撞损失能量坠入低能量的轨道面达到平衡。
贴一下原文和网址：
Why are Saturn's rings so thin? It has to do with the ring particles colliding with each other. Ring particles that are high above or below the rings are in a highly "inclined" (tilted) orbit, and have more energy than ring particles that are closer to the ring plane. When those particles collide with other particles, some of their energy is lost, so causing them to move to lower-energy orbits closer to the ring plane. Over time, the ring particles (especially the larger ones) tend to flatten themselves into a thin plane, as we see today. This is the general picture, but some of the details are still being worked out.
https://caps.gsfc.nasa.gov/simpson/kingswood/rings/

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土星的光环厚大约10米到1000米，相对于土星来说，真的是很薄。打个比方，如果把一个人比做土星，那土星环的厚度粗略估计大概是一个细菌的高度。



土星环的直径不小于25万公里，厚度最薄处只有十米

1.角动量守衡

首先，这个环大概率来自于其崩溃了的卫星（洛希极限造成的）碎片（有争议）。一开始，这些碎片分布在很宽的范围中。在土星的万有引力作用下，它们会以土星中心为圆心做近似圆周的轨道运动。答案的关键正是这整个系统的旋转。


纠正一个错误的认识，当一个小的卫星变成无数碎片后，并不会长时间以下图的形态中在平行平面来绕行星运动。


而是会像下图这样，以行星的中心为圆心做近似圆周运动。



简单的画了一下，实际上并不会像图上一样都有共同的交叉点。

由于轨道相对于彼此倾斜有一定随机角度，这意味着在一个倾斜的轨道上向上移动的碎片很可能会遇到另一个恰好向下移动的倾斜碎片。随着大量碎片之间的不断碰撞，垂直方向将趋向于抵消（想象一下一个向下的撞上一个向上的，向上运动将抵消另一个碎片的向下运动，从而使两个粒子都处于较小的倾斜轨道上。）这就是系统趋向于稳定成薄盘的方式。
换句话说，它们会不断改变自己的动量的同时还必须保持整体的角动量守恒。 因此，会很快失去上下方向的动量，上下方向的分速度迅速衰减，在若干次碰撞后，碎片将变得很平。


2.牧羊卫星

其次，土星环能“稳定”保持这一薄环状形态，与离它不远的某些卫星的运动有关的。天文学家将此类卫星叫做“守护卫星”，或者更形象的叫做“牧羊卫星”。


就像是放羊时负责圈住羊群的牧羊犬，当环中的碎片企图冲到环外时，“牧羊卫星”可以利用相对较大的引力，将这个逃兵拉回到队伍中。



综上二点所述，行星的环必然不会很厚。
吸积盘也是角动量类似的道理。
欢迎提出好问题，。

因为卫星的公转轨道形成的椭圆必须经过行星的质心（准确的说是卫星和行星共同的质心），而土星环由同一个卫星破碎而来，这导致它们全部具有相似的轨道。
举个例子，木星原本有一个卫星a，在某一天卫星a发生解体，形成无数小卫星。在解体之前，a的质心经过公转轨道，轨道平面经过土星质心，如图


在a解体后，每一个碎片有自己独立的轨道，这里我们选择3个作为例子。碎片1和2的轨道平面依旧经过木星质心，而3并没有经过，这就使得3的轨道会下移以使得轨道平面经过木星质心，如图


最终，所有碎片的轨道会趋近同一个平面，如图：


此外，星系和恒星系之所以是扁的，其原理也和这个差不多。

和土星相比是这样，和地球相比就不是了。光环由无数形状、大小不等，直径在7.6厘米～9米之间的冰块组成，以很快的速度围绕土星运转，在太阳光的照耀下呈现出各种颜色。光环的直径达27万千米，厚度为10千米左右，自东向西自转。大部分环是对称地绕土星转的，也有不对称的有完整的、比较完整的、残缺不全的。环的形状有锯齿形的，也有辐射状的。令科学家迷惑不解的是，有的环好像是由几股细绳松散的搓成的粗绳一样，或者说像姑娘们的发辫那样相互扭结在一起。
美国航空航天局(NASA)的科学家于2009年10月8日发现土星周围存在一个“隐形”的巨大光环(如图)，这个光环可以容纳10亿个地球。NASA喷气推进实验室称，该光环平面与土星主光环面成27度倾角，该光环内侧距离土星约595万公里，宽度约1190万公里它的直径相当于300倍土星的直径。可容纳大约10亿个地球。
光环由冰和尘埃微粒组成，它们之间的距离如此之大，即使你站在光环上也看不清楚，另外土星照射到的太阳光线很少，光环反射出的可见光更少，令它难以被发现组成光环的尘埃温度很低，仅有-193℃，但却散发出热辐射。