Từ xa xưa, người ta cho rằng sao Thổ là hành tinh duy nhất trong Thái dương hệ có vòng nhẫn. Nhưng hóa ra không phải.
Vòng nhẫn bao quanh sao Thổ được phát hiện bởi một nhà thiên văn học Galileo Galilei cách đây gần 400 năm trước. Ông đã dùng một chiếc kính viễn vọng rất đơn giản do tự mình lắp ráp nên từ các loại ống kính, sau đó hướng nó về phía các hành tinh trên bầu trời đêm. Một trong những vật thể đầu tiên ông thấy được là sao Thổ. Ban đầu, ông nghĩ rằng sao Thổ có hai Mặt trăng lớn ở hai phía của hành tinh bởi kính viễn vọng của ông không được tốt cho lắm và chỉ cho ra những hình ảnh rất nhòe.
Hiện nay, chúng ta vẫn chưa rõ vòng nhẫn bao quanh các hành tinh hoạt động ra sao.
Kể từ đó, các nhà thiên văn học – những người nghiên cứu về vũ trụ và mọi thứ bên trong nó, như các hành tinh chẳng hạn – đã sử dụng các kính viễn vọng lớn hơn và tốt hơn để tìm những vòng nhẫn bao quanh các hành tinh khí khổng lồ như sao Mộc, sao Thổ, sao Hải Vương, và sao Thiên Vương. Những hành tinh này, không như các hành tinh khác trong hệ thống của chúng ta, có thành phần chủ yếu là khí.
Chúng ta vẫn chưa rõ vòng nhẫn bao quanh các hành tinh hoạt động ra sao, hay chúng được hình thành như thế nào. Nhưng có một số giả thuyết như sau:
- Giải thuyết đầu tiên nói rằng các vòng nhẫn hình thành cùng lúc với hành tinh. Một số hạt khí ga và bụi vốn góp phần cấu tạo nên hành tinh nhưng lại quá xa khỏi lõi hành tinh và không thể được "kéo" lại với nhau bởi trường trọng lực. Do đó, chúng đành "ở lại" ngoài không gian và hình thành nên hệ thống vòng nhẫn.
- Giả thuyết thứ hai là các vòng nhẫn được hình thành khi hai Mặt trăng của hành tinh – vốn được hình thành cùng lúc với hành tinh – vì lý do nào đó đã gặp sự cố trên quỹ đạo của chúng và cuối cùng va chạm với nhau (một quỹ đạo là một đường tròn mà Mặt trăng theo đó di chuyển xung quanh hành tinh). Những thứ còn sót lại sau vụ va chạm khủng khiếp này không thể liên kết lại cùng nhau để hình thành nên một Mặt trăng mới. Thay vào đó, chúng tản ra trong không gian và tạo thành các hệ thống vòng nhẫn mà chúng ta thấy ngày nay.
Bởi chẳng ai biết câu trả lời chính xác là gì, chúng ta vẫn phải tiếp tục khám phá và thử nhiều giả thuyết khác nhau.
Điều chúng ta không biết là các vòng nhẫn xung quanh nhiều hành tinh khác nhau đều có chút khác biệt so với các vòng nhẫn khác, nhưng chúng cũng có chung một vài đặc điểm.
Đầu tiên, chúng đều có bề ngang lớn hơn nhiều so với bề dày. Ví dụ, vòng nhẫn của sao Thổ có bề ngang khoảng 280.000km, nhưng chỉ dày 200 mét mà thôi. Có thể ví nó giống như một chiếc bánh kếp đặt trên một chiếc đĩa rộng 14km vậy.
Mọi vòng nhẫn xung quanh các hành tinh còn có những khoảng hở mà đôi lúc rộng đến vài kilomet.
Một điều nữa là mọi hệ thống vòng nhẫn đều cấu thành từ những hạt băng và đá cỡ nhỏ. Những hạt nhỏ nhất có kích thước ngang bằng hạt bụi, trong khi những hạt lớn nhất có đường kính khoảng 20m – gần bằng kích thước sân trường. Mọi vòng nhẫn xung quanh các hành tinh còn có những khoảng hở mà đôi lúc rộng đến vài kilomet – ban đầu không ai biết tại sao lại có khoảng hở này, nhưng sau đó chúng ta khám phá ra rằng chúng gây ra bởi những Mặt trăng cỡ nhỏ đã "gặm nhấm" toàn bộ số vật liệu trong khu vực đó.
Điểm khác biệt lớn nhất giữa vòng nhẫn của sao Thổ và các hành tinh khí gas khổng lồ khác là các hạt vật chất cấu thành nên vòng nhẫn của sao Thổ có khả năng phản xạ ánh sáng Mặt trời về phía Trái đất rất tốt. Có nghĩa là chúng sẽ hiện ra rất sáng, giải thích tại sao chúng ta có thể thấy vòng nhẫn này từ Trái đất mà chỉ cần dùng một kính viễn vọng thông thường. Số lượng hạt vật chất trong vòng nhẫn sao Thổ cũng cực lớn, khiến vòng nhẫn này lớn hơn và rộng hơn nhiều. Đó là một lý do khác khiến chúng dễ nhận thấy hơn các vòng nhẫn của các hành tinh khí gas khổng lồ khác.
Các hạt vật chất cấu thành vòng nhẫn của sao Thiên Vương và sao Hải Vương có chứa các nguyên tố mà khi Mặt trời chiếu vào sẽ chuyển sang màu tối. Những hạt vật chất màu tối này trông rất giống những mẩu than đá hoặc than củi mà bạn dùng để đốt lửa. Điều đó khiến chúng trở nên rất khó để thấy bởi chúng không phản xạ ánh sáng Mặt trời về phía chúng ta nhiều như vòng nhẫn sao Thổ.