受潮汐力的影响,一颗向土星移动的巨大卫星解体,卫星上由冰构成的星幔破裂成无数碎块,其中一些形成了土星环。卫星的岩石核心则被土星这颗气态巨行星吞噬。
经过几百万年的时间,围绕着年轻太阳的由气体和尘埃构成的圆盘中形成了太阳系的行星。在同一时期,巨行星也被同种物质的圆盘包围,圆盘中形成了它们的卫星。只要这个环境中还有气体,卫星就会在引力的相互作用下缓慢靠近行星。
土星的一颗直径约5000千米的大卫星即是如此。此天体与土卫六(土星最大的卫星)相似,核心由岩石构成,星幔是一层厚厚的冰。在它形成后几千万年,由于不断向行星靠近,最终越过了洛希极限(Roche limit)。当行星与卫星的距离小于洛希极限时,行星对卫星的潮汐作用将造成卫星解体。法国天文学家爱德华·洛希(Édouard Roche)于19世纪中叶首次提出该理论,因而得名洛希极限。洛希极限到土星中心的距离是土星半径的2.5倍。卫星在潮汐力的牵引作用下,由冰构成的星幔彻底破碎,更坚固的岩石核心则继续向气态巨行星土星靠近,直到被吞噬。
于是,仅剩下大量冰块围绕着土星铺展开,形成一个扁平的圆盘。其中很多冰块最终被行星吞噬。有一些冰块在洛希极限之外,形成了土星的小卫星,另一些则构成土星环,激发了初出茅庐的天文观测者对天文学的热情。
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“卡西尼”号空间探测器于2013年7月19日拍摄的土星和土星环照片。“卡西尼”号探测器由NASA和ESA共同发射,位于距离土星100多万千米的一个独特观察位置,此时圆盘刚好遮住太阳,使得土星环一直到E环都可以显示出来。E环由细小冰粒组成,可以折射距土星24万千米以外的太阳光。