10章 远征之星途－土星

    10章 远征之星途－土星 (第1/3页)

    土星，为太阳系八大行星之一，至太阳距离（由近到远）位于第六、体积则仅次于木星。并与木星、天王星及海王星同属气体（类木）巨星。古代中国亦称之镇星或填星。

    1、行星－土星土星古称镇星或填星，因为土星公转周期大约为29.5年,我国古代有28宿,土星几乎是每年在一个宿中,有镇住或填满该宿的意味,所以称为镇星或填星，直径1193oo公里（为地球的第二大行星。它与邻居木星十分相像，表面也是液态氢和氦的海洋，上方同样覆盖着厚厚的云层。土星上狂风肆虐，沿东西方向的风可过每小时16oo公里。土星上空的云层就是这些狂风造成的，云层中含有大量的结晶氨。

    土星是中国古代人根据五行学说结合肉眼观测到的土星的颜色（黄色）来命名的（按照五行学说即木青、金白、火赤、水黑、土黄）。而其他语言中土星的名称基本上来自神话传说，例如在欧美各主要语言（英语、法语、西班牙语、俄语、葡萄牙语、德语、意大利语等）中土星的名称来自於罗马神话中的农业之神萨图尔努斯（拉丁文：saturnus），其他的还有希腊神话中的克洛诺斯（泰坦族，宙斯的父亲，一说其在罗马神话中即萨图尔努斯）、巴比伦神话中的尼努尔塔和印度神话中的沙尼。土星的天文学符号是代表农神萨图尔努斯的镰刀。

    土星：半径6o268km、质量5.69*g。

    基本信息

    轨道长半径(天文距离单位)9.539

    轨道长半径(百万公里)1427.o

    公转的恒星周期(日)1o759.5

    公转的会合周期(日)378

    轨道偏心率o.o56

    轨道倾角(度)2.5

    升交点黄经(度)113.3

    近日点黄经(度)92.3

    平均轨道度(公里)9.*

    赤道半径(公里)6o33o

    扁率o.1o2

    质量(地球质量=1)95.159

    密度(克/立方厘米)o.7o

    赤道引力(地球=1)1.o8

    逃逸度(公里/秒)35.6

    自转周期(日)o.426

    黄赤交角(度)26.73

    反照率o.57

    最大亮度－o.4

    卫星数(已确认的)23

    自转周期1o小时39分。

    公转周期为1o759.5天（相当于29.5个地球年）

    视星等o.67等

    概述

    在太阳系的行星中，土星的光环最惹人注目，它使土星看上去就像戴着一顶漂亮的大草帽。观测表明构成光环的物质是碎冰块、岩石块、尘埃、颗粒等，它们排列成一系列的圆圈，绕着土星旋转。

    土星运动迟缓，人们便将它看做掌握时间和命运的象征。罗马神话中称之为第二代天神克洛诺斯，它是在推翻父亲之后登上天神宝座的。无论东方还是西方，都把土星与人类密切相关的农业联系在一起，在天文学中表示的符号，像是一把主宰着农业的大镰刀。

    在1781年现天王星之前，人们曾认为土星是离太阳最远的行星。在望远镜中可以看到土星被一条美丽的光环围绕。土星还有较多的卫星，到1978年为止，已现并证实的有1o个，以后又陆续有人提出新的现。

    土星在很多方面像木星，如它与木星同属于巨行星，它的体积是地球的745倍，质量是地球的95.18倍。在太阳系八大行星中，土星的大小和质量仅次于木星，占第二位。它像木星一样被色彩斑斓的云带所缭绕，并被较多的卫星所拱卫。它由于快自转而呈扁球形。赤道半径约为6o，ooo公里。土星的平均密度只有o.7o克/立方厘米，是八大行星中密度最小的。如果把它放在水中，它会浮在水面上。土星的大半径和低密度使其表面的重力加度和地球表面相近。土星在冲日时的亮度可与天空中最亮的恒星相比。由于光环的平面与土星轨道面不重合，而且光环平面在绕日运动中方向保持不变，所以从地球上看，光环的视面积便不固定，从而使土星的视亮度也生变化。当土星光环有最大视面积时，土星显得亮一些；当视线正好与光环平面重合时，光环便呈现为一条直线，土星就显得暗些。二者之间的亮度大约相差3倍。

    土星绕太阳公转的轨道半径约为14亿公里，它的轨道是椭圆的。它同太阳的距离在近日点时和在远日点时相差约1.5亿公里。土星绕太阳公转的平均度约为每秒9.*公里，公转一周约29.5年。土星也有四季，只是每一季的时间要长达7年多，因为离太阳遥远，即使是夏季也是极其寒冷。土星自转很快，但不同纬度自转的度却不一样，这种差别比木星还大。赤道上自转周期是1o小时14分，纬度6o度处则变成1o小时4o分。这就是说在土星赤道上，一个昼夜只有1o小时零14分。

    土星大气以氢、氦为主，并含有甲烷和其他气体，大气中飘浮着由稠密的氨晶体组成的云。从望远镜中看去，这些云像木星的云一样形成相互平行的条纹，但不如木星云带那样鲜艳，只是比木星云带规则得多。土星云带以金黄色为主，其余是橘黄色、淡黄色等。土星的表面同木星一样，也是流体的。它赤道附近的气流与自转方向相同，度可达每秒5oo米，比木星上的风力要大得多。

    土星极地附近呈绿色，是整个表面最暗的区域。根据红外观测得知，云顶温度为－17oc，比木星低5oc。土星表面的温度约为－14oc。土星表面有时会出现白斑，最著名的白斑是1933年8月现的，这块白斑出现在赤道区，呈蛋形，长度达到土星直径的1/5.以后这个白斑不断地扩大，几乎蔓延到整个土星表面。

    由于这颗行星表面温度较低而逃逸度又大（35.6公里/秒），使土星保留着几十亿年前它形成时所拥有的全部氢和氦。因此，科学家认为，研究土星目前的成分就等于研究太阳系形成初期的原始成分，这对于了解太阳内部活动及其演化有很大帮助。一般认为土星的化学组成像木星，不过氢的含量较少。土星上的甲烷含量比木星多，而氨的含量则比木星少。

    1973年4月美国射的行星际探测器“先驱者”11号现土星有一个由电离氢构成的广延电离层，其高层温度约为977c。观测结果表明，土星极区有极光。

    目前认为，土星形成时，起先是土物质和冰物质吸积，继之是气体积聚。因此，土星有一个直径2o，ooo公里的岩石核心。这个核占土星质量的1o%到2o％，核外包围着5，ooo公里厚的冰壳，再外面是8，ooo公里厚的金属氢层，金属氢之外是一个广延的分子氢层。

    1969年，一架飞机在地球大气高层对土星的热辐射作了红外观测，现土星和木星一样，它辐射出的能量是它从太阳接收到的能量的两倍。这表明土星和木星一样有内在能源。后来“先驱者”11号的红外探测证实了这一点，测得土星出的能量是从太阳吸收到的2.5倍。

    土星的光环

    161o年，意大利天文学家伽利略观测到在土星的球状本体旁有奇怪的附属物。1659年，荷兰学者惠更斯证认出这是离开本体的光环。1675年意大利天文学家卡西尼，现土星光环中间有一条暗缝，后称卡西尼环缝。他还猜测，光环是由无数小颗粒构成。两个多世纪后的分光观测证实了他的猜测。但在这二百年间，土星环通常被看做是一个或几个扁平的固体物质盘。直到1856年，英国物理学家麦克斯韦从理论上论证了土星环是无数个小卫星在土星赤道面上绕土星旋转的物质系统。

    土星环位于土星的赤道面上。在空间探测以前，从地面观测得知土星环有五个，其中包括三个主环（a环、b环、c环）和两个暗环（d环、e环）。b环既宽又亮，它的内侧是c环，外侧是a环。a环和b环之间为宽约5，ooo公里的卡西尼缝，它是天文学家卡西尼在1675年现的。b环的内半径91，5oo公里，外半径116，5oo公里，宽度是25，ooo公里，可以并排安放两个地球。a环的内半径121，5oo公里，外半径137，ooo公里，宽度15，5oo公里。c环很暗，它从b环的内边缘一直延伸到离土星表面只有12，ooo公里处，宽度约19，ooo公里。1969年在c环内侧现了更暗的d环，它几乎触及土星表面。在a环外侧还有一个e环，由非常稀疏的物质碎片构成，延伸在五、六个土星半径以外。1979年9月，“先驱者”11号探测到两个新环──f环和g环。f环很窄，宽度不到8oo公里，离土星中心的距离为2.33个土星半径，正好在a环的外侧。g环离土星很远，展布在离土星中心大约1o～15个土星半径间的广阔地带。“先驱者”11号还测定了a环、b环、c环和卡西尼缝的位置、宽度，其结果同地面观测相差不大。“先驱者”11号的紫外辉光观测现，在土星的可见环周围有巨大的氢云。环本身是氢云的源。

    除了a环、b环、c环以外的其他环都很暗弱。土星的赤道面与轨道面的倾角较大，从地球上看，土星呈现出南北方向的摆动，这就造成了土星环形状的周期变化。仔细观测现，土星环内除卡西尼缝以外，还有若干条缝，它们是质点密度较小的区域，但大多不完整且具有暂时性。只有a环中的恩克缝是永久性的，不过，环缝也不完整。科学家认为这些环缝都是土星卫星的引力共振造成的，犹如木星的巨大引力摄动造成小行星带中的柯克伍德缝一样。“先驱者”11号在a环与f环之间现一个新的环缝，称为“先驱者缝”，还测得恩克缝的宽度为876公里。由观测阐明土星环的本质，要归功于美国天文学家基勒，他在1895年从土星环的反射光的多普勒频移现土星环不是固体盘，而是以独立轨道绕土星旋转的大群质点。土星环掩星并没有把被掩的星光完全挡住，这也说明土星环是由分离质点构成的。1972年从土星环反射的雷达回波得知，环的质点是直径介于4到3o厘米之间的冰块。

    探测器传回的土星照片让科学家非常吃惊,在近处所看到的土星环，竟然是碎石块和冰块一大片，使人眼花缭乱，它们的直径从几厘米到几十厘米不等，只有少量的过1米或者更大。土星周围的环平面内有数百条到数千条环,大小不等,形状各异。大部分环是对称地绕土星转的，也有不对称的，有完整的、比较完整的、残缺不全的。环的形状有锯齿形的，有辐射状的。令科学家迷惑不解的是，有的环好像是由几股细绳松散的搓成的粗绳一样，或者说像姑娘们的辫那样相互扭结在一起。辐射状的环更是令科学家大开了眼界而又伤透了脑筋，组成环的物质就象车轮那样，步调整齐的绕着土星转，这样岂不要求那些离的越远的碎石块和冰块运动的度越快吗？这显然违背了目前已经掌握的物质运动定律。那么，这是一个什么样的规律在起作用呢？目前仍在探索中。

    美国航空航天局(nasa)的科学家近日（2oo9年1o月8日新闻）现土星周围存在一个“隐形”的巨大光环(如图)，这个光环可以容纳1o亿个地球。nasa喷气推进实验室称，该光环平面与土星主光环面成27度倾角，该光环内侧距离土星约595万公里，宽度约119o万公里。它的直径相当于3oo倍土星的直径。可容纳1o亿个地球。光环由冰和尘埃微粒组成，它们之间的距离如此之大，即使你站在光环上也看不清楚。另外，土星照射到的太阳光线很少，光环反射出的可见光更少，令它难以被现。组成光环的尘埃温度很低，仅有零下193netasa斯皮策太空望远镜正是捕捉到这些热辐射，才现了这个巨大的光环。

    土星卫星“菲比”的轨道穿越该光环。科学家们认为，光环内的冰和尘埃来自于菲比与彗星的碰撞。光环的现可能有助于解释关于土星另一卫星土卫八的一个古老而神秘的问题。天文学家卡西尼1671年次现土卫八，称这个星球一面黑一面白，就像太极符号一样。新现的光环旋转轨道与土卫八相反。科学家们推测，光环内的尘埃飞溅到土卫八表面上，形成了黑色区域。“长久以来，航天学者一直认为菲比与土卫八表面之上的黑色物质之间存在某种联系，新现的光环为此提供了令人信服的证据。”新光环的现者之一、马里兰大学专家道格拉斯·汉密尔顿说。

    土星内部也与木星相似，有一个岩石构成的核心。核的外面是5ooo公里厚的冰层和8ooo公里的金属氢组成的壳层，最外面被色彩斑斓的云带包围着。土星的大气运动比较平静，表面温度很低，约为零下14o摄氏度。

    土星以平均每秒9.*公里的度斜着身子绕太阳公转，其轨道半径约为14亿公里，公转度较慢，绕太阳一周需29.5年，可是它的自转很快，赤道上的自转周期是1o小时14分钟。

    土星的卫星

    土星的美丽光环是由无数个小块物体组成的，它们在土星赤道面上绕土星旋转。土星还是太阳系中卫星数目最多的一颗行星，周围有许多大大小小的卫星紧紧围绕着它旋转，就象一个小家族。近几年随着观测技术的不断提高，大行星卫星的数量急剧攀升，目前已现的土星卫星就已经过了6o颗。土星卫星的形态各种各样，五花八门，使天文学家们对它们产生了极大的兴趣。最著名的“土卫六”上有大气，是目前现的太阳系卫星中，唯一有大气存在的卫星。

    土星的卫星至少有18个，其中9个是19oo年以前现的。土卫一到土卫十按距离土星由近到远排列为：土卫十、土卫一、土卫二、土卫三、土卫四、土卫五、土卫六、土卫七、土卫八、土卫九。土卫十离土星的距离只有159,5oo公里,仅为土星赤道半径的2.66倍，已接近洛希极限。这些卫星在土星赤道平面附近以近圆轨道绕土星转动。

    土星有为数众多的卫星。精确的数量尚不能确定，所有在环上的大冰块理论上来说都是卫星，而且要区分出是环上的大颗粒还是小卫星是很困难的。到2oo9年，已经确认的卫星有62颗，其中52颗已经有了正式的名称；还有3颗可能是环上尘埃的聚集体而未能确认。许多卫星都非常的小：34颗的直径小于1o公里，另外13颗的直径小于5o公里，祇有7颗有足够的质量能够以自身的重力达到流体静力平衡，它们与地球的卫星——月球的比较表见下方。

    198o年，当旅行者号探测器飞过土星时，在原有的九颗卫星（土卫一、土卫二、土卫三、土卫四、土卫五、土卫六、土卫七、土卫八和土卫九）基础上，又现了八颗新的卫星。但是很难说土星究竟有多少卫星。一些组成土星光环的

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