最近，一個(gè)十余年難遇的天象正在天穹上演——土星最為著名而美麗的外觀特征土星環(huán)，對(duì)地球人開啟了「隱身模式」——在北京時(shí)間3月24日凌晨，地球會(huì)穿越土星環(huán)所在的空間平面，這時(shí)從地球的視角望去，土星環(huán)完全與視線平行，仿佛憑空消失了一般，只有土星表面一道細(xì)細(xì)的影子提醒我們土星環(huán)依然存在。在3月24日前后約一周的時(shí)間內(nèi)，土星環(huán)也如同一道細(xì)線，與平常的寬闊圓環(huán)形象截然不同。

近年來土星環(huán)越來越「細(xì)」︱NASA/JPL

實(shí)際上就連土星的本體我們也很難在這段時(shí)間一睹芳容，因?yàn)樵诘厍蛏嫌^察，此時(shí)土星幾乎運(yùn)行到了太陽的后方。3月24日土星環(huán)消失時(shí)，土星與太陽的角距離僅有10°。地球表面大部分地區(qū)都會(huì)因?yàn)槿展飧蓴_無法觀測(cè)土星，只有南半球中緯度地區(qū)有機(jī)會(huì)在晨光中嘗試尋找這個(gè)不帶土星環(huán)的土星。

2025年3月24日，土星距離太陽僅10°︱Stellarium模擬

此次土星環(huán)的「失蹤」是時(shí)隔近十六年再度出現(xiàn)，上一次是2009年，而下一次則要等到13年后的2038年。這個(gè)發(fā)生頻率主要是由土星的自轉(zhuǎn)傾角以及公轉(zhuǎn)周期決定的。眾所周知地球的自轉(zhuǎn)軸與地球的公轉(zhuǎn)軌道面垂直方向有一個(gè)大約23.5°的夾角，正是這個(gè)夾角給我們帶來了寒來暑往的四季變化。土星的自轉(zhuǎn)傾角大小與地球類似，約為26.7°，因此當(dāng)土星繞太陽公轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的一些現(xiàn)象會(huì)跟地球上的情況十分相似。例如在地球繞太陽公轉(zhuǎn)的過程中，太陽直射地球的位置會(huì)在南北回歸線之間移動(dòng)，同時(shí)兩次直射地球赤道。類似的，在土星公轉(zhuǎn)時(shí)，太陽的直射點(diǎn)在土星的南北回歸線之間移動(dòng)，并且兩次直射土星的赤道——土星環(huán)正是一個(gè)與土星赤道共面的結(jié)構(gòu)。因此在一個(gè)完整的土星公轉(zhuǎn)周期（約29.45年）中，太陽直射土星赤道兩次的同時(shí)也「穿越」了土星環(huán)兩次，平均13~16年發(fā)生一次[1]。

從地球看去土星在一個(gè)公轉(zhuǎn)周期內(nèi)的外觀變化︱Wikipedia@Tdadamemd

太陽穿越土星環(huán)跟在地球上發(fā)現(xiàn)土星環(huán)「失蹤」有什么關(guān)系呢？考慮到地球公轉(zhuǎn)軌道面與土星的公轉(zhuǎn)軌道面夾角僅有2.5°，粗略而言兩者的公轉(zhuǎn)軌道可以看作是共面的。當(dāng)太陽直射土星赤道前后，從太陽上看土星環(huán)自然是很細(xì)甚至消失。如果地球此時(shí)正好處于太陽與土星的連線方向，那么在地球的視角看去，土星環(huán)同樣會(huì)在視覺上消失。換句話說，當(dāng)在地球上看不到土星環(huán)時(shí)，土星可能會(huì)在太陽附近（如3月24日的情況）。

當(dāng)然現(xiàn)實(shí)情況會(huì)更復(fù)雜一些，因?yàn)椴荒芡耆雎詢深w行星公轉(zhuǎn)軌道面的微小差異。太陽直射土星赤道與地球上觀測(cè)到土星環(huán)消失的時(shí)間并不完全一致，例如最近一次太陽直射土星赤道會(huì)發(fā)生在北京時(shí)間2025年5月6日，比本次土星環(huán)消失的日期晚了一月有余。另外在今年11月下旬，土星環(huán)在地球的視角上會(huì)再一次接近消失，而此時(shí)土星已遠(yuǎn)離太陽，前半夜可見。

2025年11月23日晚的土星，土星環(huán)幾乎不可見︱Stellarium模擬

作為名聲在外的「指環(huán)王」，土星標(biāo)志特征的消失很難作為一種有觀賞性的天象引起普通民眾關(guān)注，但天文學(xué)家針對(duì)這一現(xiàn)象一度相當(dāng)重視，甚至用專業(yè)術(shù)語稱之為「土星環(huán)面穿越」（Saturn Ring Plane Crossing）。人類歷史上第一次注意到土星環(huán)面穿越現(xiàn)象是在17世紀(jì)初，做出觀測(cè)的不是別人，正是大名鼎鼎的伽利略。不過受限于望遠(yuǎn)鏡性能，伽利略一直認(rèn)為他在望遠(yuǎn)鏡中看到的是土星的兩顆衛(wèi)星，因此當(dāng)1612~1613年發(fā)生土星環(huán)面穿越時(shí)，他誤認(rèn)為是兩顆衛(wèi)星消失了。土星環(huán)的神秘面紗要等到17世紀(jì)中葉完全揭開，荷蘭學(xué)者惠更斯在1659年出版的《土星系統(tǒng)》（Systema Saturnium）中詳細(xì)描述了自己的土星環(huán)理論。

惠更斯的著作《土星系統(tǒng)》書影

每當(dāng)土星環(huán)面穿越出現(xiàn)時(shí)，意味著地球同時(shí)穿越了土星的赤道面，因此會(huì)有機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)公轉(zhuǎn)軌道面在土星赤道面附近的土星衛(wèi)星?；莞巩?dāng)年發(fā)現(xiàn)土星第一顆衛(wèi)星土衛(wèi)六時(shí)，距離下一次土星環(huán)面穿越僅有大概半年時(shí)間。從17世紀(jì)中葉發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)六起到1980年旅行者飛船近距離探訪土星以前，絕大部分土星衛(wèi)星都是在土星環(huán)面穿越前后發(fā)現(xiàn)的。

截至1980年4月人類一共發(fā)現(xiàn)14顆土星衛(wèi)星，其中13顆是在土星環(huán)面穿越前后發(fā)現(xiàn)的︱數(shù)據(jù)來源Wikipedia&Stellarium

參考&拓展

[1]土星的軌道偏心率是地球的三倍，同時(shí)土星在太陽直射其北回歸線前后過遠(yuǎn)日點(diǎn)，故太陽直射土星北半球的時(shí)間（15.7年）要長(zhǎng)于直射南半球的時(shí)間（13.7年），進(jìn)而影響了在地球觀察到土星環(huán)消失的時(shí)間

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