天体间的撞击可能会形成行星环,因为这个过程会有大量的碎片产生,但实际上,已知现存的几乎所有行星环都不是直接撞击形成的。
目前观测到的行星环大部分都位于洛希极限内,只有创神星(柯伊伯带天体)的两个除外——2023年科学家在创神星的洛希极限之外发现了两个环。
洛希极限指的是一个天体自身的引力与第二个天体对它造成的潮汐力相等时的距离,它随着行星半径的增加而线性增加。当两个天体之间彼此靠近,并小于洛希极限时,较小的天体就有可能被撕碎,这是因为这时较小天体各个位置上所收到的力无法再由小天体自身的引力主导。
那些被撕碎后的碎片会演变成围绕较大天体赤道旋转的碎屑环,这就是行星环形成的原因。由于那些较大的气态巨行星洛希极限大,更容易捕获其它天体并将其撕碎,因此都存在光环。
另外,之所以是在赤道平面上,有许多原因,其中之一就是赤道上有最大的离心力,碎片更容易被甩成环。
行星环通常只是暂时的,随着时间推移,他会掉落到较大天体上,科学家就是通过分析地球过去的陨石袭击来推测光环的存在。
大约4.66亿年前,大量陨石开始撞击了地球,至于科学家如何知道这点,是因为许多撞击坑是在地质学上短暂的时期内形成的。在同一时期,欧洲、俄罗斯和中国发现的石灰岩沉积物中,含有大量来自某种陨石的碎片。
这些陨石碎片表明,它们暴露在太空辐射下的时间比我们今天看到的其它陨石要短得多(这说明它们可能是在地球上空才形成的)。除了陨石袭击之外,那时候还发生了高频率的海啸——这是从其他杂乱的沉积岩中推测出来的。
科学家确定了这次高频率撞击时期形成的21个陨石撞击坑,并分析了他们的分布。虽然这些陨石坑在世界各地被发现,但是利用地球板块过去运动的模型就可以发现,所有这21个陨石坑都位于当时靠近赤道的大陆上,没有一个陨石坑位于更靠近两极的地方。
这项研究的科学家测量了当时地球表面适合保存陨石坑的面积,发现当时只有大约30%的土地位于赤道附近,而有70%的土地位于高纬度地区。
陨石撞击地球它是一个随机事件,任何地方被撞击的概率是一样的,就像我们在月球、火星和水星上看到的无规则陨石坑一样。所以,如果这些陨石坑彼此之间没有任何关联的话,那么它们全部出现在赤道附近的可能性极小。
因此有理由怀疑,当时有一颗大型小行星在与地球近距离接触时被撕碎,并逐渐在赤道上空形成一个环。然后,在之后的几千万年里,这个环的小行星碎片像雨点一样落到地球上,形成了我们前面描述的陨石坑、沉积物和海啸。
这项研究的科学家还发现,如果当时的地球拥有一个环的话,那么它就可以解释当时的很多无法解释的谜团。
如果地球真的拥有一个环的话,那么我们在地球上观测它会显得非常壮观。地球的光环不会像土星环一样主要由水冰组成,因为地球距离恒星太近了,不过即便是岩石光环,它依然会非常明亮。
由于在洛希极限内,所以对于地球观察者来说,可以清楚的看到它,赤道的观察者可以看到一条明亮的线条从地平线的一边到另一边,而远离赤道的地方,会看到光环在天空中延伸开来,显得相当壮观。
另外,它在夜晚反射太阳光的能力会比现在的月球更强,而且没有周期性圆缺,因此夜晚的天空会更加明亮。然而,这一切是有代价的,那就是“地球环”会让地球变得更加寒冷,因为它会严重影响太阳辐射到达地球的量。
大约4.65亿年前,地球突然开始急剧降温,而到了4.45亿年前,地球进入了赫南特冰河世纪,这是过去5亿年中地球最冷的时期。
目前还没有更多证据表明当时具体发生了什么,让地球突然降温,但如果当时地球上空出现一个光环的话,那就很容易解释这次降温。