如何用小孩子也能听懂的话来解释为什么土星、木星、天王星不会相撞

土星的外观像一顶草帽，在太阳系八大行星中显得十分独特。土星本身不会发光，但它有一个明亮的土星环。这是由于土星环中包括数量巨大的冰块、岩块、尘埃，它们会散射太阳光，所以从远处看去，土星环就像是一个美丽的巨型光环。

土星的光环不仅明亮，还又宽又薄。它的总宽度可达20万公里，而地球的直径只有1. 3万公里，所以，在土星环上可以并排放十几个地球。如果把一个像地球一样大小的球体放在土星环面上滚动，其情形就像一颗足球在居民小区里的窄道上滚动一样。

土星为什么得天独厚，有一个美丽的光环呢？

在太阳系八大行星中，无论是土星、木星等巨大的气态行星，还是海王星、天王星等冰巨星，它们都有个或明或暗、或大或小的光环。而其它四颗岩质行星都没有行星环。这是为什么呢？科学家认为有两个原因。

首先，行星距离太阳不能太近，太近会受到太阳光和太阳风的影响，尘埃容易被吹走，水冰无法保持固定的形态，导致星环与行星之间的引力无法达到平衡，因而无法形成稳定的星环。

其次，行星的质量要足够大。有光环的四颗行星都属于巨行星，它们的引力比另外四颗岩质行星更大，因而它们能够将周围的小天体吸引过来，构成行星环。行星的质量决定了它的引力，也决定了它的势力范围。当较小的天体进入较大天体的势力范围，就会被引力撕得粉碎，成为较大天体的环。科学上用“洛希极限”的概念来总结这种现象。

假如地球也有行星环会怎样？

天文学家们普遍认为，在月球还没有成为地球的卫星之前，地球曾经也有一道光环。那是在很久以前，一颗天体撞击地球，从地球表面飞溅出去的碎块，构成了地球的行星环，但是因为这个行星环的物质分布很不均匀，无法稳定地围绕地球旋转，最终这些物质凝聚、融合在一起，形成了月球。

假设月球突然飞向地球，距离达到大约1万公里的时候，它就会达到地球的“洛希极限”，从而被地球的引力撕成碎片，再次变成地球的行星环。

再比如火星的卫星火卫一，科学家发现它正在一点点缩短与火星之间的距离，所以它将来有可能会触及火星的洛希极限，被火星撕碎，成为火星的行星环。

土星的光环会消失吗？

2021年10月初，美国《科学》杂志宣布了“卡西尼”号宇宙飞船对土星环的近距离观测结果，发现土星环内圈的物质正在坠入土星的大气层——土星正在“吞噬”自己的土星环。土星的体积仅次于木星，是太阳系第二大行星。跟木星一样，土星也主要由氢组成，内部是岩石和冰。土星上的超级飓风在太阳系中是独一无二的，风速可达1800公里每小时，它的破坏力足以撕碎接近它的任何天体。

研究人员解释说，土星环中的颗粒围绕土星旋转的轨道速度原本与土星引力维持平衡，但是在太阳的紫外光或宇宙辐射的影响下，这些颗粒陆续失去平衡，坠落到土星内部。他们预测，美丽的土星环或许在1亿年后就会消失。

结语

土星巨大的引力，以及土星所处位置的低温环境，对于稳定星环都是特别有利的。至于土星环消失，科学家预测是1亿年以后的事情，所以没什么可担心的。

在看太阳系八大行星的时候，我们会很明显地发现，我们的地球周围光秃秃一片，除了一个巨大的月球外，什么都没有。而土星却拥有一个美丽的光环，就算在地球上，我们也能利用天文望远镜观看到这个明显的光环。

除了木星以外，在整个太阳系来看，太阳系8大行星中，四颗气态行星：木星，土星，海王星和天王星其实都有着明显的光环。而在小行星带以内的四颗岩石类行星：水星，金星，地球和火星都是没有星环的。

那么究竟是什么限制了岩石类行星拥有光环呢？

想要理解这个问题，我们首先要明白行星的光环就行是什么！科学家们发现，在这些气态行星的轨道上拥有者无数的微小颗粒和岩石碎片，这些岩石和尘埃微粒受到引力的作用绕着气态行星旋转。这数量众多的小碎片维持着一种十分微妙的平衡而存在，当太阳光照射到这些碎片上时，他会回将太阳的光线进行散射，于是我们就看到了这些美丽的光环。

那光环本身是如何形成的呢？这里大家要明白一个物理概念：洛希极限。洛希极限是一个天体自身的引力与第二个天体造成的潮汐力相等时的距离。当两个天体的距离少于洛希极限，天体就会倾向碎散，继而成为第二个天体的环。它以首位计算这个极限的人爱德华·洛希命名。洛希极限是一个距离。当行星与恒星密度相等时，它等于恒星赤道半径的2.44倍。

简单来说就是两个天体保持平稳运行的最短距离就是洛希极限。当一颗小质量天体接近一颗大质量天体时，二者间的距离缩短到一定程度的时候，小质量天体就会被大质量天体的引力撕碎，小质量天体被撕裂出的碎片就会飞向这颗大质量天体，这时候就会发生两种情况：要么撞击大天体，要么形成美丽的星环。

当这些碎片会坠落到大质量天体的表面时，会猛烈地轰击这颗大质量天体。1994年的彗木大相撞事件就是一次由于洛希极限而出现的宇宙事件。1994年，苏梅克-列维9号彗星运行到了木星轨道附近，由于彗星的质量比木星要小上很多，而且两个天体之间的距离已经超过了洛希极限，因此苏梅克-列维9号彗星瞬间被木星撕裂成一块有一块的碎片，变成陨石坠落在木星之上。

当这些碎片不全部坠入大质量天体表面时，这些碎片就会在星球的上空形成美丽的光环，这就是气态行星光环形成的原因。

由于洛希极限受限于天体的质量，因此气态行星的质量一般都是远大于岩石类行星，而这么巨大的质量又会导致这些天体的洛希极限半径高达数十万公里，因此更容易形成美丽的行星环。而岩石类行星与之相比就不行了，岩石类行星的洛希极限就小多了。

通过计算，我们可得出地球与月球的洛希极限大约为1.35万公里，而地球与月球之间的距离为38万公里，远远超出了它们之间的洛希极限，因此月球能够安然无恙的围绕着地球公转。

正因为如此，气态行星上更容易形成行星环，因为它形成的行星环轨道半径很高，距离气态行星十分遥远，气态行星的引力很难清理掉它们，因此能够长期存在。而岩石类行星本身就不容易形成行星环，就算形成了也很容易被岩石行星自身的引力清理掉。

这就是为什么太阳系内四大岩石类行星都没有行星环，而四大气态行星都有美丽的行星环的原因。