土星环是太阳系最壮观的天体结构之一，它由一系列同心的、但密度和亮度上都不同的小环组成。

土星©NASA/JPL/Space Science Institute

它位于赤道平面上，非常宽，水平方向向外延伸282000公里，但它却非常薄，有些地方从顶部到底部甚至只有10米。

虽然土星环肉眼不可见，但是它的主要成分是水冰，所以相对于土星显得非常明亮，就像给土星加了一个光环一样，让土星变得更加迷人。

实际上，类似土星环一样的行星环在太阳系非常普遍，只是其它行星的环都没有土星的壮观，木星、海王星和天王星都已经被观察到存在行星环，

海王星的环©NASA

之所以只有土星环如此壮观，其中一个原因是行星环可能只是暂时的，随着时间推移，物体之间的引力会使它们落入行星，而土星光环比较年轻，它被认为只有几亿年的历史。

另外一个原因，也是非常有趣的部分，土星的卫星之一——土卫二地下海洋喷出的水冰是土星E环的物质来源。

土卫二喷涌而出的水冰羽流©NASA/JPL/Space Science Institute

既然行星环只是暂时的，那么地球是否曾经也有过光环呢？

众所周知，火星有两颗较小的天然卫星——火卫一和火卫二，一些天文学家认为这两颗很可能就是“火星环”的遗迹。

行星环远不是气态巨行星独享的，条件允许的话，岩石行星也会拥有自己的光环，地球历史有一次争议较小的环存在，那就是月球形成的时候。

现在主流的理论认为，月球的形成是因为在45亿年前，一颗火星大小的天体撞击了地球（现在喜欢将这个天体称为忒伊亚），最终形成了现在的月球和地球。

然而，这个过程肯定不是一蹴而就的，在撞击瞬间有海量的碎片被抛向太空，这些碎片最初可能会变成地球的光环，只是后面这些碎片要么落入了地球，要么落入了月球。

最近，一项研究指出，地球的过去可能不止一次出现过光环，在大约4.66亿年前，地球还获得过一次环，这个光环存在数千万年，而且它要为地球最近5亿年里最冷的冰期负责！

行星环到底是如何形成的？

我们前面提到过，天体间的撞击可能会形成行星环，因为这个过程会有大量的碎片产生，但实际上，已知现存的几乎所有行星环都不是直接撞击形成的。

目前观测到的行星环大部分都位于洛希极限内，只有创神星（柯伊伯带天体）的两个除外——2023年科学家在创神星的洛希极限之外发现了两个环。

洛希极限指的是一个天体自身的引力与第二个天体对它造成的潮汐力相等时的距离，它随着行星半径的增加而线性增加。

当两个天体之间彼此靠近，并小于洛希极限时，较小的天体就有可能被撕碎，这是因为这时较小天体各个位置上所收到的力无法再由小天体自身的引力主导。

那些被撕碎后的碎片会演变成围绕较大天体赤道旋转的碎屑环，这就是行星环形成的原因。

由于那些较大的气态巨行星洛希极限大，更容易捕获其它天体并将其撕碎，因此都存在光环。

另外，之所以是在赤道平面上，有许多原因，其中之一就是赤道上有最大的离心力，碎片更容易被甩成环。

©Picasa/Wikimedia Commons

为什么说4.66亿年前的地球有过光环？

我们前面提到过，行星环通常只是暂时的，随着时间推移，他会掉落到较大天体上，科学家就是通过分析地球过去的陨石袭击来推测光环的存在。

大约4.66亿年前，大量陨石开始撞击了地球，至于科学家如何知道这点，是因为许多撞击坑是在地质学上短暂的时期内形成的。

在同一时期，欧洲、俄罗斯和中国发现的石灰岩沉积物中，含有大量来自某种陨石的碎片。

而这些陨石碎片表明，它们暴露在太空辐射下的时间比我们今天看到的其它陨石要短得多（这说明它们可能是在地球上空才形成的）。

除了陨石袭击之外，那时候还发生了高频率的海啸——这是从其他杂乱的沉积岩中推测出来的。

科学家确定了这次高频率撞击时期形成的21个陨石撞击坑，并分析了他们的分布。

©ArtOfAnrach

虽然这些陨石坑在世界各地被发现，但是利用地球板块过去运动的模型就可以发现，所有这21个陨石坑都位于当时靠近赤道的大陆上，没有一个陨石坑位于更靠近两极的地方。

您可能想知道，所有撞击都发生在赤道附近，这能说明什么呢？

这项研究的科学家测量了当时地球表面适合保存陨石坑的面积，发现当时只有大约30%的土地位于赤道附近，而有70%的土地位于高纬度地区。

陨石撞击地球它是一个随机事件，任何地方被撞击的概率是一样的，就像我们在月球、火星和水星上看到的无规则陨石坑一样。

所以，如果这些陨石坑彼此之间没有任何关联的话，那么它们全部出现在赤道附近的可能性极小。

因此有理由怀疑，当时有一颗大型小行星在与地球近距离接触时被撕碎，并逐渐在赤道上空形成一个环。

然后，在之后的几千万年里，这个环的小行星碎片像雨点一样落到地球上，形成了我们前面描述的陨石坑、沉积物和海啸。

看到这里，您是不是会觉得仅凭这些就判定当时有一个环，是不是有点仓促。

答案是肯定的。

©Picasa/Wikimedia Commons

不过这项研究的科学家还发现，如果当时的地球拥有一个环的话，那么它就可以解释当时的很多无法解释的谜团。

您可能不知道，如果地球真的拥有一个环的话，那么我们在地球上观测它会显得非常壮观。

地球的光环不会像土星环一样主要由水冰组成，因为地球距离恒星太近了，不过即便是岩石光环，它依然会非常明亮。

©Picasa/Wikimedia Commons

由于在洛希极限内，所以对于地球观察者来说，可以清楚的看到它，赤道的观察者可以看到一条明亮的线条从地平线的一边到另一边，而远离赤道的地方，会看到光环在天空中延伸开来，显得相当壮观。

△ 赤道上空的地球环

另外，它在夜晚反射太阳光的能力会比现在的月球更强，而且没有周期性圆缺，因此夜晚的天空会更加明亮。

然而，这一切是有代价的，那就是“地球环”会让地球变得更加寒冷，因为它会严重影响太阳辐射到达地球的量。

大约4.65亿年前，地球突然开始急剧降温，而到了4.45亿年前，地球进入了赫南特冰河世纪，这是过去5亿年中地球最冷的时期。

目前还没有更多证据表明当时具体发生了什么，让地球突然降温，但如果当时地球上空出现一个光环的话，那就很容易解释这次降温。

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