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随着天文学家不断找到太阳系外遥远的行星，在这个探索系外行星的纪元，我们可能会认为人类已经对太阳系内的结构有了足够清楚的认识。然而，最新一期《自然》杂志向我们展示了一个太阳系内的全新环系统。令人称奇的是，理论上来说，这个环根本就不可能出现在这片区域！这意味着，现有的环系统形成理论面临着新的冲击。

这个新发现的环围绕着Quaoar运行。Quaoar是一颗位于海王星外侧柯伊伯带中的矮行星，与我们熟悉的冥王星是同一类别，体积则大约是冥王星的一半。

▲Quaoar环系统的艺术概念图（图片来源：Paris Observatory）

说起围绕天体的环，最著名的莫过于土星环了。大量水冰和少量尘埃构成了这道明亮的光环。事实上，木星、天王星与海王星这些巨行星也都拥有各自的环系统，只是不如土星的耀眼。相比之下，Quaoar狭窄的环系统就更加黯淡了，在天文望远镜的观测图像中根本看不见。

在最新研究中，国际天文团队使用了HiPERCAM（一款高灵敏度高速摄像机），其安装在世界最大的光学天文望远镜，即位于西班牙拉帕尔玛岛的加那利大型望远镜上。

当然，即使使用了如此先进的观测设备，图像上还是不能直接看见环。但研究团队在观测掩星，也就是Quaoar遮挡背景恒星亮度时发现，除了Quaoar本体导致的恒星亮度下降，在Quaoar经过的前后，还出现了两次细微但足够清晰明确的亮度下降。这说明Quaoar存在环系统。

▲两处恒星亮度变化证实了Quaoar环系统的存在（图片来源：Paris Observatory）

经过进一步的测算，研究团队确认了环的大小与位置。正是这个环系统所处的位置，令研究者感到费解。

在已经发现的环系统中，这些环的轨道都距离中心天体不远，这时潮汐力可以维持环状状态；一旦距离太远，环的物质就会聚集、形成卫星。天文学中的洛希极限（Roche limit）描述的正是这个过程——例如在两部《流浪地球》电影中，如果地球与木星、月球与地球的距离小于洛希极限，较小的天体就会被潮汐力撕碎，变成一个环。

但奇怪的是，此次新发现的环结构距离Quaoar非常远，达到4100千米，相当于7倍行星半径。假设环的组成与其他环系统相似，即密度与多孔水冰相当，那么其洛希极限应该是1780千米——可以看到，环的实际距离甚至超过了两倍的洛希极限。按照现有的理论，这些物质应该组成一颗Quaoar的卫星，而不是一圈环状结构才对。

▲Quaoar与其他天体的环结构与洛希极限位置示意图（图片来源：参考资料[3]）

对于这个反常的现象，论文初步提出了几个可能的假说。例如，这个环正在逐渐变为卫星，只是恰好在中途被人类观测到；构成环的物质可能比之前认为的更具有弹性，因此在碰撞时倾向于弹开而不是吸积；或者，存在外部的引力扰动，使得物质碰撞的速度过快而难以吸积——这样的扰动可能来自Quaoar不对称的引力场或是其卫星。

对于卫星引力干扰的假说，我们可以在土星环中看到类似的情况。土星外侧的F环位于两颗卫星（土卫十六与土卫十七）之间，按理说这里可以形成卫星，但正是内外两颗卫星的扰动维持了环状结构。当然，目前科学家只找到了一颗Quaoar的卫星，其能否产生类似的影响，仍需更多研究来证实。

无论如何，这项新发现在挑战现有的环系统形成理论的同时，也告诉我们固态物质的吸积可能远没有预想的那么迅速，这也可能影响我们对其他天体形成过程的理解。接下来，研究团队将对Quaoar以及这个环系统进行持续观测，最终揭开这圈“不可能的环”的秘密。