完美土星

至太陽距離(由近到遠)位於第六、體積則僅次於木星。並與木星、天王星及海王星同屬氣體(類木)巨星。土星有土星環,截止2012年已發現62顆衛星。古代中國亦稱之鎮星或填星。

完美土星面孔
據國外媒體1月23日報導,卡西尼相機最近拍到了迷幻色彩般美麗的新土星。在新土星畫面上,地球看起來像是此巨大氣體星球圓環軌道上一個閃閃發光的微小亮點。地球這一最遙遠的圖像可能是最超現實主義的寫照。然而,這一點不假,拍攝此照片時,卡西尼相機確實距離地球大約9億英里遠,地球看起來像土星的一個衛星。
據卡西尼科學小組的研究人員解釋,這種地球圖像只有當卡西尼潛入土星的陰影下且當它阻擋太陽視線時才能拍到。卡西尼圖像小組成員、美國科內爾大學的馬特-何德曼解釋說:“這是土星上的日蝕。”這很重要,因為地球總是靠近太陽,土星上不好觀察它。此外,由於是軌道路線,卡西尼不可能總處於土星的陰影下,因此,很少有機會能看到這么全面、完整的畫面。然而,這不是科學家在土星新圖片上極力尋找的真正的地球,因為土星的新圖片本身就是由幾張圖片拼湊而成的。
“拍攝此圖片的最大科學理由是我們正在尋找前向散射光,”何德曼在談到太陽光沒有反射回太陽而是被土星光環上的小顆粒散射離開了太陽時表示。他說,這些顆粒在前向反射光下看得更加清楚,更像是玻璃上阻擋光線的污點。前向反射光讓科學家能看到由顆粒組成的部分土星光環,這些顆粒小到只有一微米,何德曼說。
“卡西尼發現了土星這一幾何圖像上的二個新環,在此幾何圖像上還看到了另外一個更好的光環,因為土星所有光環都是由微小冰粒組成的,”美國太空科學院卡西尼成像小組組長卡羅林-波可說。然而,最奇怪的現象是,土星的陰暗面閃爍著奇怪的發光物。此發光物似乎違背物理學法則,因為那一面應該趨向於黑暗。
對此奇怪現象,波可解釋說,土星南半球沒有完全黑暗是因為其光環把太陽光反射到了此行星的黑暗一邊,而北半球沒有完全黑暗是因為太陽光通過光環散射讓光線到了北部黑暗的一邊。因此,如果你有可能站到土星的南半球上,你就會看到頭頂上被陽光照射的土星光環,此光環可以照亮夜空。波可說,如果你在北半球,你也會看到頭頂上的土星光環,只是它們會要暗淡一些,因為你只能通過它們的散射光看到它們。
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卡西尼正在探訪土星的路上 為了探索土星及其衛星土衛六的探索飛行器卡西尼在1997年10月15日發射成功。它正在四倍重力的動力下沿途經金星的路線訪問土星,並將在2004年7月1日到達土星。
土星是離太陽第六遠的行星,也是九大行星中第二大的行星:
公轉軌道: 距太陽 1,429,400,000 千米 (9.54 天文單位)
衛星直徑: 120,536 千米 (赤道)
質量: 5.68e26 千克
在羅馬神話中,土星(Saturn)是農神的名稱。希臘神話中的農神Cronus是Uranus(天王星)和該亞的兒子,也是宙斯(木星)的父親。土星也是英語中“星期六”(Saturday)的詞根。(請參見 附錄 4).
土星在史前就被發現了。伽利略在1610年第一次通過望遠鏡觀察到它,並記錄下它的奇怪運行軌跡,但也被它給搞糊塗了。早期對於土星的觀察十分複雜,這是由於當土星在它的軌道上時每過幾年,地球就要穿過土星光環所在的平面。(低解析度的土星圖片所以經常有徹底性的變化。)直到1659年惠更斯正確地推斷出光環的幾何形狀。在1977年以前,土星的光環一直被認為是太陽系中唯一存在的;但在1977年,在天王星周圍發現了暗淡的光環,在這以後不久木星和海王星周圍也發現了光環。
先鋒11號在1979年首先去過土星周圍,同年又被旅行家1號和2號訪問。現在正在途中的卡西尼飛行器將在2004年到達土星。
通過小型的望遠鏡觀察也能明顯地發現土星是一個扁球體。它赤道的直徑比兩極的直徑大大約10%(赤道為120,536千米,兩極為108,728千米),這是它快速的自轉和流質地表的結果。其他的氣態行星也是扁球體,不過沒有這樣明顯。
土星是最疏鬆的一顆行星,它的比重(0.7)比水的還要小。
與木星一樣,土星是由大約75%的氫氣和25%的氦氣以及少量的水,甲烷,氨氣和一些類似岩石的物質組成。這些組成類似形成太陽系時,太陽星雲物質的組成。
土星內部和木星一樣,由一個岩石核心,一個具有金屬性的液態氫層和一個氫分子層,同時還存在少量的各式各樣的冰。
土星的內部是劇熱的(在核心可達12000開爾文),並且土星向宇宙發出的能量比它從太陽獲得的能量還要大。大多數的額外能量與木星一樣是由Kelvin-Helmholtz原理產生的。但這可能還不足以解釋土星的發光本領,一些其他的作用可能也在進行,可能是由於土星內部深層處氦的“沖洗”造成的。
木星上的明顯的帶狀物 在土星上則模糊許多,在赤道附近變得更寬。由地球無法看清它的頂層雲,所以直到旅行者飛船偶然觀測到,人們才開始對土星的大氣循環情況開始研究。土星與木星一樣,有長周期的橢圓軌道(右側圖象中心的大紅斑)以及其他的大致特徵。在1990年,哈勃望遠鏡觀察到在土星赤道附近一個非常大的白色的雲,這是當旅行者號到達時並不存在的;在1994年,另一個比較小的風暴被觀測到。(左圖)
從地球上可以看到兩個明顯的光環(A和B)和一個暗淡的光環(C),在A光環與B光環之間的間隙被稱為“卡西尼部分”。一個在A光環的外圍部分更為暗淡的間隙被稱為“Encke Gap”(但這有點用詞不當,因為它可能從沒被Encke看見過)。旅行者號傳送回的圖片顯示還有四個暗淡的光環。土星的光環與其他星的光環不同,它是非常明亮的。(星體反照率為0.2 - 0.6)
儘管從地球上看光環是連續的,但這些光環事實上是由無數在各自獨立軌道的微小物體構成的。它們的大小的範圍由1厘米到幾米不等,也有可能存在一些直徑為幾公里的物體。
土星的光環特別地薄,儘管它們的直徑有250,000千米甚至更大,但是它們最多只有1.5千米厚。儘管它們有給人深刻印象的明顯的形象,但是在光環中只有很少的物質--如果光環被壓縮成一個物件,它最多只可能是100千米寬。
光環中的微粒可能主要是由水凝成的冰組成,但它們也可能是由冰裹住外層的岩石狀微粒。
旅行者號證實令人迷惑的半徑的不均勻性在光環中的確存在,這被叫做“spokes(輔條)”,這是首先由一個業餘天文學家報導的(左圖)。它們的自然本性帶給了我們一個謎,但使得我們有了弄清土星磁場區的線索。
土星最外層的光環,F光環,是由一些更小的光環組成的繁雜構造,它的一些“繩結(Knots)”是很明顯的。科學家們推測這些所謂的結可能是塊狀的光環物質或是一些迷你的月亮。這些奇怪的織狀物在旅行者1號發回的圖象中很明顯,(右圖)但它們在旅行者2號發回的圖象中看不見,可能是因為後者拍到的光環部分的成分與前者的略有不同。
土星的衛星之間和光環系統中有著複雜的潮汐共振現象:一些衛星,所謂的“牧羊衛星”(比如土衛十五,土衛十六和土衛十七)對保持光環形狀有著明顯的重要性;土衛一看來應對卡西尼部分某種物質的缺乏負責任,這與小行星帶中Kirkwood gaps遇到的情況類似;土衛十八處於Encke Gap中。整個系統太複雜,我們所掌握的還很貧乏。
土星(以及其他類木行星)的光環的由來還不清楚,儘管它們可能自從形成時就有光環,但是光環系統是不穩定的,它們可能在前進過程中不斷更新,也可能是比較大的衛星的碎片。
像其他類木行星一樣,土星有一個極有意義的磁場區。
在無盡的夜空中,土星很容易被眼睛看到。儘管它可能不如木星那么明亮,但是它很容易被認出是顆行星,因為它不會象恆星那樣“閃爍”。光環以及它的衛星能通過一架小型業餘天文望遠鏡觀察到。Mike Harvey的行星尋找圖表指出此時水星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由Starry Night這個天象程式作更多更細緻的定製。
土星的衛星
土星有18顆被命名的衛星,比其他任何行星都多。還有一些小衛星還將被發現。
在那些鏇轉速度已知的衛星中,除了土衛九和土衛七以外都是同步鏇轉的。
有三對衛星,土衛一-土衛三,土衛二-土衛四和土衛六-土衛七有萬有引力的互相作用來維持它們軌道間的固定關係。土衛一公轉周期恰巧是土衛三的一半,它們可以說是在1:2共動關係中,土衛二-土衛四的也是1:2; 土衛六-土衛七的則是3:4關係。
除了18顆被命名的衛星以外,至少已有一打以上已經被報導了,並且已經給予了臨時的名稱。
衛星 距離
(千米) 半徑
(千米) 質量
(千克) 發現者 發現日期
土衛十八 134000 10 ? Showalter 1990
土衛十五 138000 14 ? Terrile 1980
土衛十六 139000 46 2.70e17 Collins 1980
土衛十七 142000 46 2.20e17 Collins 1980
土衛十一 151000 57 5.60e17 Walker 1980
土衛十 151000 89 2.01e18 Dollfus 1966
土衛一 186000 196 3.80e19 赫歇耳 1789
土衛二 238000 260 8.40e19 赫歇耳 1789
土衛三 295000 530 7.55e20 卡西尼 1684
土衛十三 295000 15 ? Reitsema 1980
土衛十四 295000 13 ? Pascu 1980
土衛四 377000 560 1.05e21 卡西尼 1684
土衛十二 377000 16 ? Laques 1980
土衛五 527000 765 2.49e21 卡西尼 1672
土衛六 1222000 2575 1.35e23 惠更斯 1655
土衛七 1481000 143 1.77e19 波德 1848
土衛八 3561000 170 1.88e21 卡西尼 1671
土衛九 12952000 110 4.00e18 Pickering 1898
土星的光環
光環 距離
(千米) 寬度
(千米) 質量
(千克)
D 67000 7500 ?
C 74500 17500 1.1e18
B 92000 25500 2.8e19
卡西尼部分
A 122200 14600 6.2e18
F 140210 500 ?
G 165800 8000 1e7?
E 180000 300000 ?
(距離是指從土星中心到光環內部的邊緣)這種分類真的有點誤導,因為微粒的密度以一個複雜的方式改變,不能用分類法劃分為一個明顯的區域:在光環中存在不斷的變化;那些間隙並不是全部空的,這些光環並不是一個完美的圓環。
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光環間隙的原因,來自 Phil Plait 的出色的Bitsize 天文網站
土星光環在1995-1996年的平面交叉包括土星及其光環的許多信息
旅行者號與土星科學概要
土星光環平面交叉 信息來自 JPL, 信息 和 圖片 來自 STScI
土星光環面的太陽交叉點 來自 WIYN 天文台
土星光環的歷史背景 及它的衛星 (來自 JPL)
土星的系統命名表
未知點
土星怎樣產生它的內部熱量?
光環中的“輻條”是什麼?
光環的由來是什麼?這與整個太陽系的形成有何聯繫?為什麼土星的光環比其他的光環更引人注目?
如果一切進行正常,卡西尼飛行器將於2004年進入土星軌道。它除了進一步觀察土星及其主要衛星,還將對土衛六的表面進行探索(被稱為惠更斯,由歐洲太空總署建造)

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