Saturn 土星(中)

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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(zhuǎn)軌道: 距太陽 1,429,400,000 千米 (9.54 天文單位)
    衛(wèi)星直徑: 120,536 千米 (赤道)
    質(zhì)量: 5.68e26 千克
    在羅馬神話中,土星(Saturn)是農(nóng)神的名稱。希臘神話中的農(nóng)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。
    土星在史前就被發(fā)現(xiàn)了。伽利略在1610年第望遠鏡觀察到它,并記錄下它的奇怪運行軌跡,但也被它給搞糊涂了。早期對于土星的觀察十分復雜,這是由于當土星在它的軌道上時每過幾年,地球就要穿過土星光環(huán)所在的平面。(低分辨率的土星圖片所以經(jīng)常有徹底性的變化。)直到1659年惠更斯正確地推斷出光環(huán)的幾何形狀。在1977年以前,土星的光環(huán)一直被認為是太陽系中存在的;但在1977年,在天王星周圍發(fā)現(xiàn)了暗淡的光環(huán),在這以后不久木星和海王星周圍也發(fā)現(xiàn)了光環(huán)。
    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?,F(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)和流質(zhì)地表的結(jié)果。其他的氣態(tài)行星也是扁球體,不過沒有這樣明顯。
    土星是最疏松的一顆行星,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,氨氣和一些類似巖石的物質(zhì)組成。這些組成類似形成太陽系時,太陽星云物質(zhì)的組成。
    土星內(nèi)部和木星一樣,由一個巖石核心,一個具有金屬性的液態(tài)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(nèi)部是劇熱的(在核心可達12000開爾文),并且土星向宇宙發(fā)出的能量比它從太陽獲得的能量還要大。大多數(shù)的額外能量與木星一樣是由Kelvin-Helmholtz原理產(chǎn)生的。但這可能還不足以解釋土星的發(fā)光本領,一些其他的作用可能也在進行,可能是由于土星內(nèi)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云,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(huán)情況開始研究。土星與木星一樣,有長周期的橢圓軌道(右側(cè)圖象中心的大紅斑)以及其他的大致特征。在1990年,哈博望遠鏡觀察到在土星赤道附近一個非常大的白色的云,這是當旅行者號到達時并不存在的;在1994年,另一個比較小的風暴被觀測到。
    從地球上可以看到兩個明顯的光環(huán)(A和B)和一個暗淡的光環(huán)(C),在A光環(huán)與B光環(huán)之間的間隙被稱為“卡西尼部分”。一個在A光環(huán)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)。旅行者號發(fā)送回的圖片顯示還有四個暗淡的光環(huán)。土星的光環(huán)與其他星的光環(huán)不同,它是非常明亮的。(星體反照率為0.2 - 0.6)
    盡管從地球上看光環(huán)是連續(xù)的,但這些光環(huán)事實上是由無數(shù)在各自獨立軌道的微小物體構成的。它們的大小的范圍由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(huán)特別地薄,盡管它們的直徑有250,000千米甚至更大,但是它們最多只有1.5千米厚。盡管它們有給人深刻印象的明顯的形象,但是在光環(huán)中只有很少的物質(zhì)--如果光環(huán)被壓縮成一個物件,它最多只可能是100千米寬。
    光環(huán)中的微??赡苤饕怯伤傻谋M成,但它們也可能是由冰裹住外層的巖石狀微粒。
    旅行者號證實令人迷惑的半徑的不均勻性在光環(huán)中的確存在,這被叫做“spokes(輔條)”,這是首先由一個業(yè)余天文學家報道的。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(qū)的線索。
    土星最外層的光環(huán),F(xiàn)光環(huán),是由一些更小的光環(huán)組成的繁雜構造,它的一些“繩結(jié)(Knots)”是很明顯的??茖W家們推測這些所謂的結(jié)可能是塊狀的光環(huán)物質(zhì)或是一些迷你的月亮。這些奇怪的織狀物在旅行者1號發(fā)回的圖象中很明顯,但它們在旅行者2號發(fā)回的圖象中看不見,可能是因為后者拍到的光環(huán)部分的成分與前者的略有不同。
    土星的衛(wèi)星之間和光環(huán)系統(tǒng)中有著復雜的潮汐共振現(xiàn)象:一些衛(wèi)星,所謂的“牧羊衛(wèi)星”(比如土衛(wèi)十五,土衛(wèi)十六和土衛(wèi)十七)對保持光環(huán)形狀有著明顯的重要性;土衛(wèi)一看來應對卡西尼部分某種物質(zhì)的缺乏負責任,這與小行星帶中Kirkwood gaps遇到的情況類似;土衛(wèi)十八處于Encke Gap中。整個系統(tǒng)太復雜,我們所掌握的還很貧乏。
    土星(以及其他類木行星)的光環(huán)的由來還不清楚,盡管它們可能自從形成時就有光環(huán),但是光環(huán)系統(tǒng)是不穩(wěn)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(wèi)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(qū)。
    在無盡的夜空中,土星很容易被眼睛看到。盡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,因為它不會象恒星那樣“閃爍”。光環(huán)以及它的衛(wèi)星能通過一架小型業(yè)余天文望遠鏡觀察到。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這個天象程序作更多更細致的定制。
    土星的衛(wèi)星
    土星有18顆被命名的衛(wèi)星,比其他任何行星都多。還有一些小衛(wèi)星還將被發(fā)現(xiàn)。
    * 在那些旋轉(zhuǎn)速度已知的衛(wèi)星中,除了土衛(wèi)九和土衛(wèi)七以外都是同步旋轉(zhuǎn)的。
    * 有三對衛(wèi)星,土衛(wèi)一-土衛(wèi)三,土衛(wèi)二-土衛(wèi)四和土衛(wèi)六-土衛(wèi)七有萬有引力的互相作用來維持它們軌道間的固定關系。土衛(wèi)一公轉(zhuǎn)周期恰巧是土衛(wèi)三的一半,它們可以說是在1:2共動關系中,土衛(wèi)二-土衛(wèi)四的也是1:2; 土衛(wèi)六-土衛(wèi)七的則是3:4關系。
    * 除了18顆被命名的衛(wèi)星以外,至少已有一打以上已經(jīng)被報道了,并且已經(jīng)給予了臨時的名稱。
    衛(wèi)星  距離
    (千米)  半徑
    (千米)  質(zhì)量
    (千克)  發(fā)現(xiàn)者  發(fā)現(xiàn)日期 
    土衛(wèi)十八  134000  10  ?  Showalter  1990 
    土衛(wèi)十五  138000  14  ?  Terrile  1980 
    土衛(wèi)十六  139000  46  2.70e17  Collins  1980 
    土衛(wèi)十七  142000  46  2.20e17  Collins  1980 
    土衛(wèi)十一  151000  57  5.60e17  Walker  1980 
    土衛(wèi)十  151000  89  2.01e18  Dollfus  1966 
    土衛(wèi)一  186000  196  3.80e19  赫歇耳  1789 
    土衛(wèi)二  238000  260  8.40e19  赫歇耳  1789 
    土衛(wèi)三  295000  530  7.55e20  卡西尼  1684 
    土衛(wèi)十三  295000  15  ?  Reitsema  1980 
    土衛(wèi)十四  295000  13  ?  Pascu  1980 
    土衛(wèi)四  377000  560  1.05e21  卡西尼  1684 
    土衛(wèi)十二  377000  16  ?  Laques  1980 
    土衛(wèi)五  527000  765  2.49e21  卡西尼  1672 
    土衛(wèi)六  1222000  2575  1.35e23  惠更斯  1655 
    土衛(wèi)七  1481000  143  1.77e19  波德  1848 
    土衛(wèi)八  3561000  170  1.88e21  卡西尼  1671 
    土衛(wèi)九  12952000  110  4.00e18  Pickering  1898 
    土星的光環(huán)
    光環(huán)  距離
    (千米)  寬度
    (千米)  質(zhì)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(huán)內(nèi)部的邊緣)這種分類真的有點誤導,因為微粒的密度以一個復雜的方式改變,不能用分類法劃分為一個明顯的區(qū)域:在光環(huán)中存在不斷的變化;那些間隙并不是全部空的,這些光環(huán)并不是一個完美的圓環(huán)。