最近，一个十余年难遇的天象正在天穹上演——土星最为著名而美丽的外观特征土星环，对地球人开启了「隐身模式」——在北京时间3月24日凌晨，地球会穿越土星环所在的空间平面，这时从地球的视角望去，土星环完全与视线平行，仿佛凭空消失了一般，只有土星表面一道细细的影子提醒我们土星环依然存在。在3月24日前后约一周的时间内，土星环也如同一道细线，与平常的宽阔圆环形象截然不同。
近年来土星环越来越「细」︱NASA/JPL
实际上就连土星的本体我们也很难在这段时间一睹芳容，因为在地球上观察，此时土星几乎运行到了太阳的后方。3月24日土星环消失时，土星与太阳的角距离仅有10°。地球表面大部分地区都会因为日光干扰无法观测土星，只有南半球中纬度地区有机会在晨光中尝试寻找这个不带土星环的土星。
2025年3月24日，土星距离太阳仅10°︱Stellarium模拟
此次土星环的「失踪」是时隔近十六年再度出现，上一次是2009年，而下一次则要等到13年后的2038年。这个发生频率主要是由土星的自转倾角以及公转周期决定的。众所周知地球的自转轴与地球的公转轨道面垂直方向有一个大约23.5°的夹角，正是这个夹角给我们带来了寒来暑往的四季变化。土星的自转倾角大小与地球类似，约为26.7°，因此当土星绕太阳公转时发生的一些现象会跟地球上的情况十分相似。例如在地球绕太阳公转的过程中，太阳直射地球的位置会在南北回归线之间移动，同时两次直射地球赤道。类似的，在土星公转时，太阳的直射点在土星的南北回归线之间移动，并且两次直射土星的赤道——土星环正是一个与土星赤道共面的结构。因此在一个完整的土星公转周期（约29.45年）中，太阳直射土星赤道两次的同时也「穿越」了土星环两次，平均13~16年发生一次[1]。
从地球看去土星在一个公转周期内的外观变化︱Wikipedia@Tdadamemd
太阳穿越土星环跟在地球上发现土星环「失踪」有什么关系呢？考虑到地球公转轨道面与土星的公转轨道面夹角仅有2.5°，粗略而言两者的公转轨道可以看作是共面的。当太阳直射土星赤道前后，从太阳上看土星环自然是很细甚至消失。如果地球此时正好处于太阳与土星的连线方向，那么在地球的视角看去，土星环同样会在视觉上消失。换句话说，当在地球上看不到土星环时，土星可能会在太阳附近（如3月24日的情况）。
当然现实情况会更复杂一些，因为不能完全忽略两颗行星公转轨道面的微小差异。太阳直射土星赤道与地球上观测到土星环消失的时间并不完全一致，例如最近一次太阳直射土星赤道会发生在北京时间2025年5月6日，比本次土星环消失的日期晚了一月有余。另外在今年11月下旬，土星环在地球的视角上会再一次接近消失，而此时土星已远离太阳，前半夜可见。
2025年11月23日晚的土星，土星环几乎不可见︱Stellarium模拟
作为名声在外的「指环王」，土星标志特征的消失很难作为一种有观赏性的天象引起普通民众关注，但天文学家针对这一现象一度相当重视，甚至用专业术语称之为「土星环面穿越」（Saturn Ring Plane Crossing）。人类历史上第一次注意到土星环面穿越现象是在17世纪初，做出观测的不是别人，正是大名鼎鼎的伽利略。不过受限于望远镜性能，伽利略一直认为他在望远镜中看到的是土星的两颗卫星，因此当1612~1613年发生土星环面穿越时，他误认为是两颗卫星消失了。土星环的神秘面纱要等到17世纪中叶完全揭开，荷兰学者惠更斯在1659年出版的《土星系统》（Systema Saturnium）中详细描述了自己的土星环理论。
惠更斯的著作《土星系统》书影
每当土星环面穿越出现时，意味着地球同时穿越了土星的赤道面，因此会有机会发现公转轨道面在土星赤道面附近的土星卫星。惠更斯当年发现土星第一颗卫星土卫六时，距离下一次土星环面穿越仅有大概半年时间。从17世纪中叶发现土卫六起到1980年旅行者飞船近距离探访土星以前，绝大部分土星卫星都是在土星环面穿越前后发现的。
截至1980年4月人类一共发现14颗土星卫星，其中13颗是在土星环面穿越前后发现的︱数据来源Wikipedia&Stellarium
参考&拓展
[1]土星的轨道偏心率是地球的三倍，同时土星在太阳直射其北回归线前后过远日点，故太阳直射土星北半球的时间（15.7年）要长于直射南半球的时间（13.7年），进而影响了在地球观察到土星环消失的时间
往期热门
