20年前,天文學家想知道為什麼在所有行星中僅僅隻有木星有環。今天,我們知道四個大行星(木星、土星、天王星、海王星)都有一些類型的環,但沒有一個可以跟土星壯麗的環相比。華麗而燦爛地,土星的光環跨越了超過32萬千米(幾乎是地球到月球的距離),甚至還可以在一個小孔徑的業餘愛好者的天文望遠鏡裏被看見。
土星的環首先是被伽利略看見的,不過那時他也不知道他看見的是什麼。當伽利略通過一架天文望遠鏡第一次看見土星時,他注意到這個行星有些不一般。他宣稱說“這第六個行星是三個”(即是說是一個三星)並且形容說“薩杜恩”(羅馬神話裏的一個老人)顯然需要兩個仆人在左右幫他在天堂之間來來去去。伽利略知道他在天文望遠鏡裏所看到的不是像木星一樣的球狀物,但對他來說它看上去好像一個行星一邊有一個小行星。在其他場合他也把這個物體描述成一個茶杯的把手或者是一對“耳朵”。
數年以後,另一個天文學家,克裏斯丁·惠更斯,意識到伽利略所看到的其實是一個完全圍繞這顆行星的獨立的環。事實上伽利略沒有成功的辨別這個環也許是由於他早期望遠鏡較差的光學成像質量,也有可能是由於之前從沒人看到過在行星周圍有環,所以伽利略的頭腦無法向他解釋他所看到的是什麼。
從地球上看,土星顯現出有3個環。它們被簡稱為A環(外層)、B環(中間)和C環(內層)。最寬的B環和A環被一個稱為“卡西尼環縫”(來自發現它的天文學家)的縫隙所隔開。它寬得足夠放下月球,並且可以在中口徑的業餘愛好者的望遠鏡裏被看見。C環由於它那紗狀的、半透明的外貌,因而也被稱為“紗環”。
在1980到1981年間,“旅行者”號到達土星後,土星環更完整的結構開始展示在我們麵前。在地球上看見的3個環變成了成百上千個小環。接近看,土星的環像一個留聲機唱片。另外,“旅行者”號還發現了地球上從沒見過的新環,包括一個像散開的女孩頭發的神秘發辮狀物體。
雖然土星的環看上去像一條跑道或一張CD,但它不是固體整盤。很早我們就知道這些大大小小的環不是固體的盤,而是由上百萬的髒冰塊構成。它們中有沙粒般大小的顆粒,還有小房子般大小的冰山。每一個物體在這暴風雪中運行就好像一個微小的行星在它自己的軌道上運行。與行星繞著太陽運轉一樣,離土星越近的環裏的小顆粒或大石頭運動速度越快。有的環繞速度可以高達8萬千米/小時。對於我們的眼睛來說,所有的迷你衛星像風扇扇葉一樣快速旋轉而模糊,形成了我們所謂“環”的美麗裝飾品。
土星的B環有輪輻。在土星寬廣的中層環上飛行,“旅行者1號”發現顯現出來的有暗的輪輻狀的條紋。科學家們認為這些輪輻可能是被土星磁場俘獲並被迫在自旋的同時繞著這顆行星運行的帶靜電的塵埃懸浮在環上麵造成的。
除了約4830千米寬的卡西尼環縫外,其他在環內部的縫也是可見的。同時,天文學家意識到這種分離不僅僅是環係統的暫時特征,而是土星幾個衛星的引力牽引的直接結果。某幾個衛星間的作用力擔當看不見的行動者,清理掉離土星某些距離的某些區域的環物質,於是產生了環縫。
“旅行者1號”在A環的外側較遠處發現了一個很薄的環,科學家們對於它能存在感到十分驚奇。理論上組成它的岩石塊和冰塊應該在很早以前就散開,消失在太空中了。然而當太空船近距離看時竟發現了2個很小的衛星,環的一邊一個。被形象地叫為“牧羊衛星”的兩顆衛星扮演著牧羊犬的角色,用它們的引力把成群的開始向外逸散的環中的粒子物質拉回環中。
在伽利略第一次發現土星那令人迷惑的外形後2年,他更加迷惑了,因為他發現這個行星的“仆人”或“附屬物”完全消失了,在望遠鏡裏僅留下一個圓圓的行星。今天,我們知道每過15~17年當環的邊緣朝向地球時,這環看上去就像是消失了一樣。這上天的魔法騙局是可能實現的,因為這個環雖然有32萬千米寬,但是僅僅隻有不到30米的厚度!在地球上去試著看環的邊緣就好像在30千米外看唱片的邊緣一樣!最近一次環的邊緣朝向地球是在1995年。