土星——太陽系的璀璨瑰寶

2021-01-10 天文在線

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土星是距離太陽從近到遠的第六顆行星,也是太陽系第二大行星。土星被成千上萬美麗的細環點綴著,在行星中獨樹一幟。它並不是唯一一顆擁有行星環(由冰塊和巖石組成)的行星,但沒有誰的光環像土星環那麼繁複而壯觀。和同為氣態巨行星的木星一樣,土星也是一個大部分由氫和氦組成的巨大球體。

美國宇航局的卡西尼號探測器在土星停留了超過13年,隨著命運的終結,它與土星系統作了最後的告別——它打開廣角相機的快門,捕捉到了這最後一張完整的土星環照片(由抓拍到的一系列圖像合成)。兩天後,它壯烈地墜入了土星大氣層的懷抱。(圖片來源:NASA/JPL-Caltech/SSI)

2013年7月19日,在一次舉世矚目的盛事中,美國宇航局的卡西尼號探測器滑入土星的陰影,轉向拍攝這顆行星、它的七顆衛星、它的內環,以及背景中我們的家園——地球。(圖片來源:NASA/JPL-Caltech/SSI)

在這張由美國宇航局卡西尼號探測器拍攝的偽彩色圖像中,土星北極風暴旋轉的漩渦就像一朵巨大的絳色玫瑰,周圍環繞著蒼翠的枝葉。通過測量,這隻暴風眼的直徑達到了驚人的1250英裡(2000公裡),雲層速度高達每小時330英裡(每秒150米)。(圖片來源:NASA/JPL-Caltech/SSI)

自太陽系誕生以來,土星經歷了無數個晝夜交替,這一次,來自地球的使者、我們忠實的機器人探險家——卡西尼,第一次近距離目睹並以明暗交錯合成的方式捕捉到了一場晨昏更迭。(圖片來源:NASA/JPL-Caltech/SSI)

這兩張土星圖片不僅僅展示了颶風般的漩渦中心周圍的一小塊區域,還包括了整個南極區域。(圖片來源:NASA/JPL-Caltech/SSI)

關於土星的十件事

1.巨大的行星

土星的直徑幾乎橫跨了9個並排的地球,這還不包括土星環。

地球與土星的大小比較(圖片來源:Theplanets)

2.昏暗的光線

土星是距離太陽從近到遠的第六顆行星,其軌道距離太陽約8.86億英裡(14億公裡)。

太陽系八大行星(圖片來源:TMS Forums)

3.日短年長

土星自轉一周大約需要10.7小時(確切時長無人知曉),繞太陽公轉一周則需要29個地球年。

4.氣態巨行星

土星是一顆氣態巨行星,因此它不像地球那樣有著堅實的表面,但在其中可能有一個固體核心。

土星與木星的結構(圖片來源:University of Edinburgh,NASA)

5.「熱」空氣

土星的大氣主要由氫(H2)和氦(He)組成。

6.微型 「太陽系」

土星有53顆已知的衛星,另有29顆衛星等待確認——總共是82顆衛星。(註:以前為9顆等待確認,後新增20顆)

2011年7月29日,卡西尼號用窄角相機在一幀內拍攝到了土星的五顆衛星。(圖片來源:NASA/JPL-Caltech/SSI)

7.閃耀的光環

土星有最壯觀的光環系統,包含七個光環,它們之間有幾個間隙和間隔。

土星環(圖片來源:NASA/JPL-Caltech/SSI)

8.難得的目的地

探訪土星的航天任務很少,先驅者11號、旅行者1號和2號曾飛掠土星,卡西尼號則在2004年至2017年繞土星飛行了294次。

環繞土星飛行的卡西尼號探測器(圖片來源:NASA/JPL-Caltech)

9.無生命的龐然大物

正如我們所知,土星的條件無法維持生命,但土星的一些衛星有著可能維持生命的條件。

10.加一點來自地球的碎片

土星的質量中有大約兩噸來自地球——2017年,卡西尼號探測器被設計墜落並蒸發於土星大氣中。

你知道嗎?每隔29年半,土星環會「消失」一次

這其實是一種錯覺:當土星環以邊緣朝向地球時,從地球的視角幾乎看不到土星環,通過強大的望遠鏡觀察它也只是若隱若現。

這是自然界最具戲劇性的小把戲之一——「現在你看見了,現在你又看不見了」,美國宇航局的哈勃太空望遠鏡捕捉到了光環以邊緣朝向地球的土星。(圖片來源:NASA/JPL/STScI)

流行文化中的土星

土星也許是我們太陽系中最具代表性的行星了。它在流行文化中大量存在,為許多科幻故事、電影和電視劇、漫畫以及視頻遊戲提供了背景,包括《克魯蘇神話》、《機器人瓦力》、《2001:太空漫遊》、《星際迷航》、《死亡空間2》和《最終幻想7》。在蒂姆·伯頓的電影《甲蟲汁》中,一個塵土飛揚、虛構的土星上布滿了巨大的沙蟲。在2014年的電影《星際穿越》中,讓太空人能夠前往另一個星系的蟲洞出現在土星附近。

圖片來源:電影《星際穿越》劇照

土星Saturn也是周六Saturday這個名字的起源,這可以說是一周中最美好的一天了。

更多土星知識

土星被60多顆已知衛星環繞著,它是太陽系中一些最迷人的世外桃源的家園。從銀裝素裹的土衛二(恩克拉多斯)噴出的水柱,到霧鎖雲籠的土衛六(泰坦)上的甲烷湖,許多科學發現都來源於土星系統,在那裡,至今仍有許多謎團尚未解開。

這張海報展示了由歐洲航天局惠更斯探測器的降落成像儀/光譜輻射計(DISR)以四個主要方向(北、南、東、西)在土衛六表面上五個不同高度獲得的圖像。(圖片來源:NASA/JPL-Caltech/SSI)

土星是人類肉眼發現的距離地球最遠的行星,自古以來就被人們所知。這顆行星以羅馬的農業和財富之神薩圖恩命名為「Saturn」,薩圖恩也是眾神之王朱庇特(木星以他命名為「Jupiter」)的父親。

尺寸和距離

土星的半徑為36183.7英裡(58232公裡),比地球寬9倍。如果地球只有一個鎳幣那麼大,土星大概有排球那麼大。

土星距離太陽9.5個天文單位(太陽到地球的距離為一個天文單位AU),平均距離為8.86億英裡(14億公裡)。太陽光從太陽到土星需要80分鐘。

太陽系示意圖(圖片來源:Thunderboltkids)

軌道與旋轉

一個土星日是太陽系中第二短的「一天」。土星上的一天(土星自轉一周所需的時間)有10.7小時,土星上的一年(土星繞太陽一周所需的時間)大約為29.4個地球年(10756個地球日)。

土星的軸線相對於它繞太陽公轉的軌道傾斜了26.73度,這與地球23.5度的傾角相近。這意味著,就像地球一樣,土星也經歷著四季變換。

結構

和木星一樣,土星主要由氫和氦組成。土星的中心有一個由鐵和鎳等金屬組成的緻密核心,周圍環繞著在高溫高壓下凝固的巖石物質和其他化合物。它被液態金屬氫包裹在一層類似木星核心的液態氫層中,但體積要比後者小得多。

雖然很難想像,但土星的確是我們太陽系中唯一一顆平均密度低於水的行星——給我一個浴缸,我可以讓木星漂浮起來。

土星的結構和組成(圖片來源:Wikipedia)

形成

土星是在45億年前和太陽系的其他部分一同形成的,那時,萬有引力把旋轉的氣體和塵埃拉進來,形成了這個氣態巨行星。大約40億年前,土星在太陽系外圍,也是現在的位置安頓下來,在這裡,它成為了太陽從遠到近排列的第六顆行星。與木星一樣,土星主要由氫和氦構成,這兩種元素也構成了太陽。

表面

作為一個氣態巨行星,土星並沒有真正的表面。這顆行星主要由在更深處旋轉的氣體和液體構成。太空飛行器在土星上無處落腳,也不可能安然無恙地飛過。土星內部的極端高溫高壓會壓碎、融化和蒸發試圖飛入的太空飛行器。

這一系列來自卡西尼號的圖片顯示了土星上每30年爆發一次的巨大風暴的發展過程。(圖片來源:NASA/JPL-Caltech)

大氣

土星被看起來像是模糊條紋、急流和風暴的雲層覆蓋,它有許多深淺不同的黃色、棕色和灰色。

土星赤道地區高層大氣的風速達到每秒1600英尺(500米)。而地球上最強颶風的速度峰值也只能達到每秒360英尺(110米)。這裡的氣壓——相當於潛入水下深處時所感受到的壓強,強大到可以把把氣體擠壓成液體。

土星的北極有一有趣的大氣特徵——一個六邊形噴流。這個六邊形圖案最早是在旅行者一號的圖像中發現的,此後卡西尼號對其進行了更仔細的觀察。這個六邊形是一個波狀急流,直徑約20000英裡(30000公裡),中心有一個巨大的旋轉風暴,風速為每小時200英裡(約合每小時322公裡)。在太陽系中,再沒有任何一個地方擁有像它一樣的天氣特徵。

土星北極的六邊形風暴(圖片來源:NASA/JPL-Caltech)

磁層

土星的磁場比木星的磁場小,但仍然是地球磁場強度的578倍。土星、土星環和許多衛星都完全被包裹在土星巨大的磁層內,在這個空間中,帶電粒子的行為受土星磁場的影響比受太陽風的影響更大。

卡西尼號發現了輻射帶、土星與D環之間的電流;複雜的有機物從土星環上落下;帶電荷的內環粒子沿磁場線移動;土星磁場微小的傾斜角度得以近距離測量。圖片來源:NASA/JPL-Caltech

當帶電粒子沿著磁場線旋轉進入行星大氣層時,極光產生了。在地球上,這些帶電粒子來自太陽風,而卡西尼號顯示,土星的極光中至少有一部分與木星的極光相似,基本上不受太陽風的影響。這些極光是在土星衛星噴出的粒子和土星磁場的高轉速共同作用下產生的。不過,這種「非太陽起源」的極光還沒有被理解透徹。

土星環

據推測,土星環可能是彗星、小行星或破碎衛星的碎片,它們被土星強大的引力撕裂,在到達土星之前就解體了。土星環由數十億覆蓋著灰塵等其他物質粒子的小塊冰和巖石組成,它們小如塵埃大如房屋,有幾個甚至像山一樣大。如果你從土星的雲頂上觀察這些光環,它們看起來大多是白色的,有趣的是,每一圈光環都以不同的速度圍繞土星運行。

土星環(圖片來源:Wordlesstach)

土星的光環系統延伸到距離土星175000英裡(282000公裡)的位置,主環的垂直厚度通常在30英尺(10米)左右。這些環以被發現的順序按字母表命名,除了將A環和B環分開的卡西尼縫(一圈寬度為4700公裡的間隙),它們彼此挨得比較近。A環、B環和C環為主環,D環、E環、F環和G環較暗,發現時間較晚。

土星環主環A環、B環和C環(圖片來源:Wordlesstach)

從土星開始,向外依次是D環,C環,B環,卡西尼縫,A環,F環,G環,最後是E環。在更遠的地方,土衛九菲比的軌道上還有一個非常暗淡的菲比環。

衛星

土星是一群有趣而獨特的星球的家園。從薄霧籠罩的土衛六(泰坦)到表面布滿隕石坑的土衛九(菲比),土星的每一顆衛星都講述了圍繞土星系統的另一段故事。目前土星有53顆已確認的衛星,還有29顆臨時衛星等待確認。

土衛六和土星幾乎沒有共同之處,但朦朧的外表是他們的共同特徵之一。雖然他們在這張照片中看起來很相似,但「星」不可貌相。(圖片來源:NASA/JPL-Caltech/SSI)

生命的潛力

正如我們所知,土星的環境對生命是不利的。這裡的氣溫、氣壓和這顆行星的特徵成分對於有機體來說都太過於極端和不穩定。

雖然土星是一個不太可能讓生命體存活的地方,但它的許多衛星卻並非如此。像土衛二(恩克拉多斯)和土衛六(泰坦)這樣擁有內部海洋的衛星,或許可以可能支持生命的存在。

作者: NASA

FY: 胖頭魚

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