科学探索|如果地球有环，会是什么模样？
土星（Saturn）以古希腊神祗命名，它的环状结构更是使其颇具王者气息 。土星环几乎全部由大大小小的冰块构成，直径达数十万公里 。这也是土星最引人入迷的一项特征，自伽利略1610年用望远镜发现它们以来，这些大大小小的土星环便一直令人类着迷不已 。假如地球也有环，又会是什么样子呢？
为解答这一问题，太空与科幻插画师罗恩?米勒特意制作了一些令人惊叹的图片，描绘了地球如果有与土星同比例的环状结构、天空可能呈现的模样 。
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如果地球也有土星那样的环，这将是从危地马拉看到的情景 。
这些环最稳定的位置将是环绕赤道一圈，因此环的外观也会随着纬度高低有所变化 。例如在赤道附近，你只能看到环的最内侧，仿佛一条细线从地平线上直直升起 。而在北极圈附近看去，这些环犹如地平线上方耸起的一座高峰 。在温带地区，这些环的形状则像一座巨大的拱门，从天空的一端跨到另一端 。
这些亮晶晶的环不会像太阳一样升起或落下，而是会永远待在天空中的同一个位置 。无论昼夜，人们都能看见这些巨大的“地标” 。
明亮的岩石
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图为从赤道上的厄瓜多尔看到的情景 。
地球如果有环，有一点将与土星环截然不同：地球的环中不会有冰块 。因为地球到太阳的距离比土星近得多，就算环中有冰，也会在太阳辐射的作用下融化殆尽 。
不过，就算地球的环全部由岩石构成，看上去也不会黑乎乎一片 。月岩大部分都是灰色的，月球表面对光线的反射率也只有12%左右，但哥伦比亚大学天体生物学系主任卡列布?沙夫指出：“由于有大量光线落到月球表面，并且月球离我们很近，因此满月看上去也十分明亮 。”
地球的环可能有多亮呢？“抵达地球大气层顶部的阳光量约为每平米1300瓦特，”沙夫指出，“哪怕地球的环只能反射其中10%的光线，每平米反射的光量也相当于一只130瓦的灯泡了 。”
比月球更近
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图为从北极圈看到的情景 。
这些环距离地球会多近呢？会干扰飞机飞行吗？
据大气科学研究大学联盟（UCAR）指出，地球如果有环，最近只能触及到大气层中的“热层”上方，距地面约1000公里 。而商用飞机一般最高只能飞到11公里，问题应该不大 。（我们过会儿再讨论卫星和太空旅行 。）此外，大气的拖曳作用会将高度过低的物体进一步下拉，这样一来，这些岩石就会在下落过程中燃烧殆尽 。
那这些环最远又能延伸到哪里呢？任何围绕地球旋转的物体一旦近到一定程度（即洛希极限），就会在地球引力的作用下分崩离析，成为地球岩石环的一部分 。例如，一个像月球那么大的天体一旦进入地球方圆11850公里之内，就会发生解体，形成一圈围绕地球的环 。
总而言之，地球外环到地球的距离甚至可能比月球还要近 。
一个环还是多个环？一个卫星还是多个卫星？
地球会只有一个环还是多个环，要取决于地球是否有所谓的“牧羊卫星”，即分布在各个环之间的小型卫星，它们可以在环与环之间“划清界限”、将颗粒物限定在某个环内，就像牧羊犬看住羊群、防止走散一样 。土星环中分布着多个牧羊卫星，比如土卫十六（Prometheus） 。如果地球环中也有牧羊卫星，看上去也许好似点缀在环边的一颗颗闪亮的珍珠 。
沙夫指出，如果地球仍像现在这样、有一颗这么大的卫星的话，就不太可能拥有持久的环，因为月球对地球的引力产生的潮汐作用也许会对环造成影响，使之分崩离析 。
暗影降临
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如果你在美国华盛顿，地球的环看上去就像一道奇特的彩虹 。
根据时间、季节和纬度的不同，地球的影子也许会投射在环上，看上去呈椭圆形，“并且会随着时间的推移不断移动 。”（就像你的影子都比你的实际身高要长一样，地球的影子看上去也是椭圆形、而不是圆形的 。）
在春分和秋分时，太阳与环处于同一平面 。此时从地球的中纬度地区看去，地球的影子在环上所占的面积将达到最大，将大部分环都笼罩在黑暗之中 。而在赤道上看去，环似乎将太阳一分为二，整个世界会显得一半明亮、一半黑暗 。
反过来，环也会在地球上投下阴影 。在北半球的夏季和南半球的冬季，环的影子都会落在南半球，反过来则会落在北半球 。这意味着，两个半球的冬季都将变得比现在更冷、更难熬 。但与此同时，环反射的光线又可能增加地球接收到的总光量，“导致气候变化更加难以捉摸 。”
相关神话
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春分和秋分时天空的景象 。
既然这座巨大的“宇宙地标”永远不会改变在天空中的位置，这些环必将在神话故事中扮演重要角色 。在中纬度地区，由于环的形状像一座拱门，也许会被人们想象成连接天堂与地球之间的桥梁 。
由于环的模样会随着纬度变化，人们对它们的解读或许也会有所不同 。既然地球上的战争往往源自宗教教义的分歧，当古人开始周游世界、发现环的模样会不断变化时，不知他们又会作何反应呢？
这些环也很可能引诱人们四处漫游 。由于环的形状像一座拱门，也许有人会想去看看“拱门”落地之处，就像有人想看彩虹的尽头是什么一样 。
沙夫还指出，在地球落在环上的影子的边缘处，也许会显露出血红色等特殊的色彩 。“人们肯定会针对这一点编出各式各样的神话故事 。”
此外，在特定的纬度和季节，太阳的运动轨迹也许会从环背后穿过 。构成环的颗粒物可能会使阳光发生散射，使太阳看上去雾蒙蒙的 。“太阳从环背后穿过这一现象也许会被某个文明赋予一定的宗教意义，光是想象这一点就很有趣了 。”沙夫表示 。
航海家的指路仪
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这些环也许还能为导航提供巨大的帮助，为旅行、探索、贸易、移民和入侵等活动提供支持 。
例如，千百年来，水手们一旦开始在海上航行、看不见陆地的踪影，就难以准确判断自己所在位置的经纬度了 。他们会设法利用天文学来判断纬度，比如在白天观察太阳的高度、在夜间观察北极星或南十字星的高度等等 。但要想准确计算出所在经度，则困难得多 。
假如地球有环，也许能从多个方面帮助航海家们估算经度 。例如，牧羊卫星会沿着规律的轨道围绕地球运转，就像钟表上的指针一样 。土星环上分布着若干神秘的“辐条”，也许与土星磁场有关 。假如地球环上也有这类辐条，就可以起到表盘上时间标记的作用了 。地球影子在环上的移动也可以起到计时作用 。“有了这些环，你就拥有了一套精密的计时系统 。”沙夫指出 。
环与太空
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从理论上来说，卫星和航天器也许会在环的下方运行，具体取决于环所在的位置 。例如，国际空间站位于地表上方400公里处，也许会位于环的下方 。而地球同步卫星的高度为地表上方35786公里，可能会远远超出环的高度 。不过，这些环可能会分散赤道上方的卫星和航天器发出的无线电信号，对它们的作用造成限制 。
另外，这些环还可能对天文学造成干扰，阻挡在地面上观察夜空的人的视野 。这也许会限制科学家对宇宙关键细节的了解，比如其它星系的存在、以及宇宙在不断膨胀等等 。
火星环与地球环
岩质星球拥有环的可能性有多大呢？此前有研究发现，火卫一之前也许一度是以火星环的形式存在的 。而随着火卫一距离火星越来越近，再过数百万年，它也许会被撕裂开来、再度变成火星环 。
地球可能也有过环 。我们的地球诞生于约45亿年前，并且此前研究显示，月球是在此不久后形成的 。关于月球的起源，最盛行的一种解释是，月球是两颗原行星相撞的产物 。其中一颗是刚刚诞生的地球，另一颗则是一块火星那么大的岩石，名叫“忒伊亚”（Theia，古希腊神话中的月球之母） 。这次撞击产生的碎片也许在地球周围形成了一个环，不过最终逐渐合并成了月球的一部分 。
【科学探索|如果地球有环，会是什么模样？】也就是说，虽然“地球有环”听上去是个奇妙的幻想，但在遥远的过去，至少有那么一段时间，这个幻想也许曾短暂地成真过 。
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