為什麼木星的光環看起來不像土星？

7月初，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）釋出了第一張壯觀的影象後不久，美國宇航局將該望遠鏡的除錯資料上傳到其線上檔案中。這些資料顯示了天文臺跟蹤目標的能力-包括太陽系中的行星和小行星-並分離它們的反射光，以提供有關其化學成分的詳細資訊。

這些影象中有一些令人驚歎的木星照片，由JWST的NIRCam通過幾個紅外濾光片拍攝。可見的特徵包括木星濃密、動盪的雲帶和其標誌性的大紅斑，這是一個大約地球大小的永久風暴。但是，這個家庭中還有一些額外的成員，他們拍攝了美麗的照片：衛星歐羅巴、提比和梅蒂斯，以及一些行星的薄而微弱的環。

事實上，太空望遠鏡科學研究所的NIRCam儀器科學家約翰·斯坦斯貝里在美國宇航局的一篇部落格中說，這些光環在如此短的一分鐘曝光時間內出現“絕對是一個非常令人驚喜的驚喜”。戈達德太空飛行中心的斯蒂芬妮·米拉姆（Stefanie Milam）是JWST行星科學副專案科學家，她補充說，他們的存在“絕對令人驚訝和驚奇”

丟失環的情況

儘管人類自古以來就知道木星，而且很容易用後院的望遠鏡進行詳細觀察，但科學家直到1979年旅行者1號（Voyager 1）飛過時才發現它有環。這是因為，與土星不同的是，木星的光環是薄而模糊的結構，從地球上很難看到。

我們現在知道所有的外行星都有環。但是木星比土星大，為什麼朱庇特沒有更大、更明亮的光環來匹配呢？有沒有可能木星曾經有過驚人的光環，並最終失去了它們？

這正是加州大學河濱分校的天文學家斯蒂芬·凱恩和李哲星在最近一篇論文中提出的問題，該論文已被《行星科學雜誌》接受發表。畢竟，作為太陽系中質量最大的行星，他們在論文中指出，木星的歷史必定充滿了碰撞、捕獲和其他類似事件，這些事件可能為更大的環提供豐富的物質。

為了解開木星黯淡無光的環系之謎，兩人轉向計算機模擬，以研究行星系統在100萬到1000萬年期間的行為。在這段時間裡，他們研究了形成環的冰物質的可用性和軌道穩定性，從本質上考察了明亮的環可能形成、粘住或被破壞的程度。特別是，他們研究了木星的四顆最大衛星——木衛一——歐羅巴、伽利略衛星、木衛四和木衛三——如何影響水冰環的形成或壽命。

“

我們發現木星的伽利略衛星，其中之一是我們太陽系中最大的衛星，會很快摧毀任何可能形成的大環

，”凱恩在新聞稿中談到他們的模擬結果時說。在某種程度上，這是因為大質量的衛星可以破壞冰粒子的軌道，將它們從系統中排出，或者將粒子掃到與月球碰撞的軌道上，而不是像環一樣繞軌道執行。凱恩說，最終，“大質量的行星形成了大質量的衛星，這阻止了它們形成巨大的環。”

這也符合現實-畢竟，土星環之所以明亮，是因為它們大部分由冰構成，而且可能仍然存在（取決於年齡），因為研究人員認為它們不斷地被嵌入其中的許多小而冰的衛星補充。相比之下，木星暗淡而薄的光環主要是由塵埃構成的，這些塵埃很可能來自於它的幾個小衛星。

因此，即使木星過去成功地建立了令人印象深刻的冰環，它們也不會持續很長時間。它現在的環，雖然很小，但很可能很年輕

——不到1000萬年。相比之下，土星似乎處於一個“甜蜜點”，因為它有能力在更長的時間內建立和維持一個巨大的、令人驚歎的光環系統。

延伸到系外行星

但凱恩和李的研究告訴我們更多，他們說。在太陽系之外，兩人還考慮了他們的發現對系外行星及其環的意義。畢竟，光環不僅僅是表面的裝飾-它們還講述了行星的動態歷史以及其環境的故事。如果形成或維持巨大的、易於發現的冰環是困難的，那麼找到它們告訴我們一些有價值的東西，這些行星能夠承載這樣的奇觀。環系統可以揭示諸如行星年齡或關於必須存在（或不存在）何種衛星的詳細資訊，以及該行星太陽系中冰彗星或小行星等物質的型別或可用性。

隨著天文學家繼續建立我們已知系外行星的目錄，並將JWST指向它們以瞭解更多資訊，這些世界所揭示的細節-包括它們的環-將為恆星及其行星如何隨時間形成和演化提供大量有價值的見解。