如果地球有像土星那样的行星环,那会如何答

本文参加百家号＃科学了不起＃系列征文赛。

我这枚通透明亮的戒指，或许并不适合你纤纤玉指，土星对地球说道

其它的答案中也存在着一些问题，有些答案仍让人感到费解，有些解释则是错误的，甚至有些答案同时存在着上述两个问题。

那么现在这里有一些出自著名的科普插画家罗恩·米勒之手的图画，这些图画很好的展示了行星环出现在地球上的大概模样。不知道你们是不是和我一样，我不太清楚他创作这些插画时有哪些设想（比如说行星环的高度以及尺寸），所以呢，就让我们暂时不要完全相信他的这些图画。尽管如此呢，他们的这些创作仍然是经过了深思熟虑的，我们稍后会再见到他们。

这是从华盛顿特区所看到的行星环，由于华盛顿特区位于北纬40°，因此我们会发现行星环会低垂于天空之中。

[编辑：一些网友说照片里的行星环弯曲的厉害，但是很明显，这条行星环将会与地平线相交（交于两点），否则的话，这条行星环将向无穷远处延伸。所以这里最大的问题就是，相交的两个点在图像里是否相隔的太近了。但是我们并不知道行星环离地球有多高，然后他到底将延伸多远，以及这张图片它涵盖的角度有多大，如果涵盖的角度足够大的话，行星环确实会有这么大程度的弯曲。]

所以如果地球真的拥有像土星那样的行星环的话，有哪些事情是不会发生的呢？

太阳辐射会加强吗？不，并不会，行星环会反射一些原本应该照射到地球上的阳光，具体的反射量将取决于具体的季节（大概是因为行星环排列在地球赤道的位置，然后当它们靠近太阳的时候，行星环将向上或者向下倾斜，就像帽子的边缘及侧面那样），但是这种反射并不是镜面反射。行星环是由许多的冰粒组成的，这些冰粒将反射所有方向的太阳光，因此大多数的太阳辐射都被反射到了宇宙之中。尽管如此，但是行星环确实会遮蔽阳光，因此，网状效应就有可能减少照射到地球上的阳光，这张图片就展示了行星环是如何遮蔽阳光的。

这张照片是在赤道的位置上模拟出来的，这也是为什么行星环看起来如同一条线一般。但是我们可以观察到，太阳正逐渐地往行星环的左侧移动，因此行星环在右侧形成了一片阴影。

流星陨落于地球的概率会增加吗？不，并不会。土星环是由直径从1厘米~10米不等的冰水颗粒组成的，下坠的冰块在撞击地球之前就会破碎蒸发（实际上，所有的冰块都会立即升华，然后几乎立刻被太阳风吹走，所以一开始我们地球便不可能拥有行星环。但是这个问题里假定了我们地球拥有土星的行星环，所以…）。是否有机会开采大量的稀有金属如金、铂（原文如此）呢？不，并无可能，正如我刚才所提到的，土星环里基本都是冰水化合物，没有金属、岩石等其它任何物质。

那么，又有哪些事情将成为现实呢？

首先卫星的数量将减少且发射成本会更高。尽管行星环中的冰粒都非常细小，但是对于用于通讯、导航等用途的一切卫星而言，它们都是极具威胁性的。并且这些冰粒还会限制卫星对地球的观测以及它们之间的通讯，因此我们必须把卫星发射到能避开行星环的轨道上，并让它们在高于行星环外边缘的轨道上运行，这是一个虽然非常棘手，但是仍能够得到解决的问题。（有网友指出，行星环里会有许多的空隙，实际中确实如此，在地月距离的1/2、1/3、1/4…等地方，通过月球的轨道共振效应能够在行星环中清理出来一些空隙，但是这些位置并不适合卫星运行。）因此，发射卫星会面临更多的麻烦以及需要更多的费用。夜晚更明亮。这是罗恩·米勒描绘的在危地马拉——一个位于北纬14°的地方所观察到的行星环的形貌。从图上我们能观察到行星环在空中的高度。

同时我们还能观察到一些行星环对地球景色的影响。晚上的时候，行星环会在地球上洒下比月光更为明丽、宽广的光亮。而且极有可能不会有行星环形成的阴影，因为它们太大了。此外，行星环的存在还会引起程度依旧由季节及纬度所决定的薄暮现象，这种现象的视觉效果非常棒（但是薄暮现象也是一张减少阳光照射的网）。

白天的黄昏。在冬天白昼出现薄暮现象时，行星环将会减弱一些太阳的光亮，具体是什么时候减弱，以及减弱程度都是非常难确定的，因为它们都取决于行星环的纬度和宽度。但毋庸置疑的是，阳光一定会受到一定程度的遮挡。而这种由于遮挡而出现的黑暗可能会始于早晨，殆于傍晚，也有可能持续一整天，具体情况取决于你的地理位置等因素。然后如果冬天发生了薄暮效应，行星环的遮蔽并不会导致完全的黑暗，仍然会有一些散射自天空或者云层等地方的光，如同正在发生日食一般。而且行星环也不是完全透明的，一些光亮仍会直接穿过行星环。综合上述几个方面便导致了薄暮效应的产生。然后这种效应还会影响环境条件比较严苛的季节的温度，尤其是在冬天，因为冬天的时候行星环会阻拦更多的阳光。

这是土星绕太阳轨道运行的示意图。

想象一下，这里有一些小型地球，它们被自己的行星环所包围。最左侧的小型地球的轨道高度让它的北半球正处于夏季之中，这时它的北半球倾斜着朝向太阳，所以它离太阳更近，特别是此时太阳辐射会更直接的照射北半球，因此辐射在到达地球表面的时候只需要穿透较薄的大气。所以夏天的温度会更高。上述早已是不争的事实，然后行星环只会为天空增加些许的光亮。

但是此时最右侧的小型地球却正处于冬季（对于北半球而言），北半球倾斜着远离太阳，因此冬天温度更低。但是在冬天的时候，行星环还会在北半球产生一片阴翳，使得冬天更加寒冷。

上面那张图片没有行星环的阴影，那么现在这张照片里我们可以看到土星环在土星上产生的阴影的模样。

最左边的图片是在土星的冬天的某个时候拍摄的（土星北半球的冬天），中间拍摄于土星的春天。第三张则拍摄于春分或者秋分的时候，此时土星的赤道和太阳（位于上图中最底部的位置）处于同一轨道上，且此时土星大概有27°左右的倾斜，和地球的23.5°十分接近。

一些由于行星环的出现而导致的后续影响。根据猜测，土星环最有可能是因为一颗卫星被一次碰撞或者其它的一些事件撕碎了而形成的。（它很有可能是一颗小型冰质卫星，也有可能是一颗表面的冰被剥离了的大型岩质卫星，甚至有可能是一颗卫星完全解体，形成的岩石碎片有些重新聚集组成一颗几乎没有冰的小型卫星，有些则直接落向土星。）从天文学的角度而言，这件事情发生的时间相当之近，就在近百万年之内。因此根据具体情况，在形成行星环时地球可能也会受到相类似的卫星解体的事件的影响。比如地球很有可能会经历一次奇科苏卢布级别的灾变，那次灾变造成了恐龙的灭绝，但也有可能只会受到很小的影响，比如短时间内流星增多。

如果发生了奇科苏卢布级别的灾变，我们可以会观察到一些相关的地质特征，比如大到我们无法辨认出来的陨石坑，当然也有可能找不到这样的陨石坑，只能在地质层上找到一层某些同位素、元素或者二者混合含量高的不同寻常的土壤（就像我们在白垩纪第三纪灭绝事件中所发现的一样，一片非常薄的地质层成为了那颗灭绝了恐龙的大型陨石撞击过地球的证据）。化石和DNA或许能够说明那场发生在大约10亿年前的大灭绝事件所造成的挥之不去的影响，但也有可能无法证明，或者连大灭绝都不存在。一切都很难说，因为实际上，地球诞生的地方从来都不曾存在过一颗冰质卫星（所以显然，地球是不可能有行星环的）。然后我们地球离太阳非常近，虽然小行星带中确实含有冰质小行星，但是它到太阳的距离比日地距离的两倍还多（顺带说一句，这幅图中的太阳太大了）。

所以，拥有了行星环后你会发现生活会变成这样：更昂贵的电信账单，怪异到不可思议的昼夜交替，四处遍布着的不同的动物和植物，但是也有可能会有更多的诗人写下从清晨持续到入夜的日落黄昏，或者白天里诡谲的黑夜——就像地球难过时阴沉了的脸，亦或只是它思考时安静的容颜。

今天的一切都是如此有趣，感谢你们的陪伴。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3.西冽-quora

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