在太阳系内，出现了一个不该存在的环

在太阳系中，环系统相对不那么常见，除了最出名的众所周知的土星环之外，有环的太阳系行星还包括木星、天王星和海王星。另外，还有两颗小行星的周围拥有环系统，分别是女凯龙星（Chariklo）和妊神星（Haumea）。

太阳系中带有环系统的行星，包括土星、木星、天王星和海王星。（图／NASA, JPL）

环系统之所以不那么常见，主要是因为想让天体“戴上戒指”，环的位置大有讲究。否则，环的物质就会吸积并形成绕行的卫星。

然而最近，科学家在太阳系边缘的一颗矮行星周围，发现了一个新的环系统。更奇怪的是，这个环系统的轨道比其他轨道的典型位置要远得多。这让科学家对目前关于环系统的形成理论产生了怀疑。研究已于近日发表在《自然》上。

新研究发现的夸奥尔及其环系统。（图／Instituto de Astrofísica de Andalucia）

夸奥尔“戴了戒指”

这个新发现的环系统围绕着一颗名为夸奥尔的矮行星，它曾经也叫创神星。这是一个冰质天体，大小大概只有冥王星的一半，位于海王星之外的太阳系边缘的柯伊伯带，和太阳之间的距离大约是地日距离的43倍。

矮行星夸奥尔。（图／NASA, G. BACON, STSCI; NASA, M. BROWN, Caltech）

一组国际天文学家团队使用HiPERCAM对它进行了观测。这是一台极灵敏的高速相机，被安装在一台大型光学望远镜上，也就是位于拉帕尔马岛的直径10.4米的加那利大型望远镜（GTC）上。

但夸奥尔与地球相距甚远，使得我们很难清楚地看到这个世界的情况。因此，研究人员观测了夸奥尔的一词掩食现象。这在某种程度上很像日食：当夸奥尔围绕太阳运行时，背景恒星的光会被它挡住，出现光度的下降。这一事件持续了不到一分钟。

但出乎科学家意料的是，他们发现，在掩食之前和之后还出现了两次光度的下降。这说明，夸奥尔周围应该存在一个环系统。但这些环相当小，也非常微弱，无法在图像中直接看到。

超越洛希极限

洛希极限通常被认为是环系统能够留存下来的一个临界距离。根据传统理论，洛希极限就像一条看不见的线，在这个极限内，这种力可以将卫星撕成碎片，变成一个环。当超越这一极限，主天体的引力就会逐渐减弱，较小颗粒之间的引力会比来自主天体的引力更强，环物质就可能凝结成卫星。

先前已知的所有环系统的轨道都靠近母体，大多数都位于洛希极限之内，或者在非常接近这一极限距离的位置。在那些位置，行星引力场倾向于阻止轨道上的环物质聚集并形成卫星的位置上。

而夸奥尔周围的环系统之所以格外引人注目，是因为它的位置相当特殊。

夸奥尔周围的环存在于超过7倍行星半径的距离上，这是先前根据洛希极限推出的最大半径的两倍。因此，这一发现迫使科学家重新思考环的形成理论。

夸奥尔的洛希极限和环系统示意图。（图／巴黎天文台）

更多探索

对于这种远距离的环，有几种可能的解释。

比如，观测者或许在“恰到好处”的时机捕捉到了这个环，它在之后可能仍会变成卫星。当然，这种“幸运”的概率其实很低。又或者，夸奥尔已知的卫星创卫一（Weywot）或者其他一些看不见的卫星提供了额外的引力，以某种方式保持了环的稳定。也有可能，环的粒子以某种避免被“粘”在一起的方式进行碰撞，就像玩具店里的弹力球一样。

研究人员相信，这项观测的结果相当可靠，但在获得更多信息之前，我们还无法得知哪种解释是正确的。

对天文学家来首，柯伊伯带本身就是一片奇特的区域。关于太阳系，尤其是那些偏远的角落，还有许多未知。

我们每个人可能在很小的时候就听说过壮丽的土星环，研究人员希望这一新发现能让人们进一步了解这些环是如何形成的。