時隔十六年，土星環再度「失蹤」，發生什么事了？

最近，一個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，對地球人開啟了「隱身模式」——在北京時間3月24日凌晨，地球會穿越土星環所在的空間平面，這時從地球的視角望去，土星環完全與視線平行，仿佛憑空消失了一般，只有土星表面一道細細的影子提醒我們土星環依然存在。在3月24日前后約一周的時間內，土星環也如同一道細線，與平常的寬闊圓環形象截然不同。

近年來土星環越來越「細」︱NASA/JPL

實際上就連土星的本體我們也很難在這段時間一睹芳容，因為在地球上觀察，此時土星幾乎運行到了太陽的后方。3月24日土星環消失時，土星與太陽的角距離僅有10°。地球表面大部分地區都會因為日光干擾無法觀測土星，只有南半球中緯度地區有機會在晨光中嘗試尋找這個不帶土星環的土星。

2025年3月24日，土星距離太陽僅10°︱Stellarium模擬

此次土星環的「失蹤」是時隔近十六年再度出現，上一次是2009年，而下一次則要等到13年后的2038年。這個發生頻率主要是由土星的自轉傾角以及公轉周期決定的。眾所周知地球的自轉軸與地球的公轉軌道面垂直方向有一個大約23.5°的夾角，正是這個夾角給我們帶來了寒來暑往的四季變化。土星的自轉傾角大小與地球類似，約為26.7°，因此當土星繞太陽公轉時發生的一些現象會跟地球上的情況十分相似。例如在地球繞太陽公轉的過程中，太陽直射地球的位置會在南北回歸線之間移動，同時兩次直射地球赤道。類似的，在土星公轉時，太陽的直射點在土星的南北回歸線之間移動，并且兩次直射土星的赤道——土星環正是一個與土星赤道共面的結構。因此在一個完整的土星公轉周期（約29.45年）中，太陽直射土星赤道兩次的同時也「穿越」了土星環兩次，平均13~16年發生一次[1]。

從地球看去土星在一個公轉周期內的外觀變化︱Wikipedia@Tdadamemd

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

當然現實情況會更復雜一些，因為不能完全忽略兩顆行星公轉軌道面的微小差異。太陽直射土星赤道與地球上觀測到土星環消失的時間并不完全一致，例如最近一次太陽直射土星赤道會發生在北京時間2025年5月6日，比本次土星環消失的日期晚了一月有余。另外在今年11月下旬，土星環在地球的視角上會再一次接近消失，而此時土星已遠離太陽，前半夜可見。

2025年11月23日晚的土星，土星環幾乎不可見︱Stellarium模擬

作為名聲在外的「指環王」，土星標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注，但天文學家針對這一現象一度相當重視，甚至用專業術語稱之為「土星環面穿越」（Saturn Ring Plane Crossing）。人類歷史上第一次注意到土星環面穿越現象是在17世紀初，做出觀測的不是別人，正是大名鼎鼎的伽利略。不過受限于望遠鏡性能，伽利略一直認為他在望遠鏡中看到的是土星的兩顆衛星，因此當1612~1613年發生土星環面穿越時，他誤認為是兩顆衛星消失了。土星環的神秘面紗要等到17世紀中葉完全揭開，荷蘭學者惠更斯在1659年出版的《土星系統》（Systema Saturnium）中詳細描述了自己的土星環理論。

惠更斯的著作《土星系統》書影

每當土星環面穿越出現時，意味著地球同時穿越了土星的赤道面，因此會有機會發現公轉軌道面在土星赤道面附近的土星衛星。惠更斯當年發現土星第一顆衛星土衛六時，距離下一次土星環面穿越僅有大概半年時間。從17世紀中葉發現土衛六起到1980年旅行者飛船近距離探訪土星以前，絕大部分土星衛星都是在土星環面穿越前后發現的。

截至1980年4月人類一共發現14顆土星衛星，其中13顆是在土星環面穿越前后發現的︱數據來源Wikipedia&Stellarium

參考&拓展

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

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