走近太陽系中最美麗的行星——土星

2020-12-03 天文在線

深入了解土星

土星至太陽的距離由近到遠排名第六，是太陽系中第二大行星。因其炫目的光環，土星在太陽系中尤顯獨特。雖然土星並不是唯一一個有行星環的行星，但也找不到另一個像土星這樣擁有如此壯觀且複雜行星環的行星了。和氣態巨行星木星一樣，土星是一個主要由氫氦構成的巨型球體。

由卡西尼號所拍攝到向日的土星，為接近真實色彩的影像

土星周圍有六十多顆已知的衛星，擁有一些太陽系中最迷人的景色。土衛二撒出的水滴，土衛六上煙霧瀰漫的沼氣湖，這些都證明了土星系統是科學發現的豐富來源，這裡依然存在著許多謎團。

旅行者1號發現北極區的六邊形雲彩特徵，並在2006年被卡西尼號太空船證實

由於土星是肉眼可見的最遙遠的行星，古時候人們就知道了這顆行星。土星的名字來源於羅馬的農業和財富之神，也是朱庇特（木星，即希臘神話中的宙斯）的父親。

大小和遠近

土星的半徑為60330千米，是地球的9倍多。如果說地球有五分鎳幣大小，那麼土星就有排球那麼大。

從 14億千米的平均距離來看，土星距離太陽9.5個天文單位。一個天文單位（縮寫為AU）的長度是地球到太陽的距離。從這個距離來看，太陽光到達土星大概需要80分鐘。

土星與地球的粗略大小對比圖

軌道與自轉

土星的晝夜交替周期是太陽系中第二短的，只有10.7小時（土星自轉一次的時間），土星繞太陽公轉一周所需的時間（土星上的一年）是地球上的29.4年（10756天）。

以太陽軌道為基準，土星軸線的傾斜度為27.63度。地球的傾斜度也與之相似，為23.5度。這種現象意味著土星與地球的季節相似。

形成和結構

45億年前，太陽系其他部分開始演化，引力將氣體和灰塵渦動形成了這個氣態巨行星。大約40億年前，土星在太陽系外層的位置變得穩定，成為了距離太陽的第六近的行星。與木星一樣，土星也主要是由氫和氦構成的，同樣的兩種元素也是太陽的組成物。土星中心為密實的金屬芯，可能包括鐵或鎳，包裹在外面的是堅硬的金屬和其他因被加壓加熱而變得穩固的化合物。在液體氫層內部，化合物周圍還有液體游離態的氫——它的核心部分與木星相似，但體積更小。

很難想像，土星是太陽系唯一一顆平均密度低於水的行星。這顆氣態巨行星可以漂浮在浴缸中。

表面

土星作為一顆氣態巨行星沒有真正的外表面。這顆行星主要是由渦動的氣體和內部的液體固體組成。飛行器在土星上無處停放，同樣也無法完好無損地穿過。在飛行過程中，由於行星內部極端的高溫高壓，飛行器可能融化或蒸發。

大氣

土星表面覆蓋著微弱的條狀雲氣、氣流以及風暴，深淺不一，呈現出黃色、棕色、灰色等不同的色彩。土星的赤道地區高層大氣風速可以達到每秒500米，而地球上最強勁的颶風也不過每秒110米。還有土星赤道地區的氣體壓力，與潛入深水時的感受相同，其壓力之大可以將氣體轉換為液態。

土星的北極點處有個有趣的氣象現象——一條六邊形的氣流柱。這個六邊形的圖案由旅行者一號飛行器首次發現，之後的」卡西尼」號飛船加大了對其的觀測力度。這個六邊形呈現出搖擺的氣流狀，寬度大約有30000千米，其間風速可達每小時2322千米，且氣流柱中心存在著大規模、旋轉態的風暴。此種氣候特點在太陽系中獨一無二。

生命可否存在

目前，我們對土星還知之甚少。但土星上的溫度、壓力、物質狀況十分極端且不穩定，生物體很難適應。

我們知道了土星不適宜生物居住，也就知道了它的一些衛星也不適宜。但內部存在海洋的衛星土衛二和土衛六也許可以為生命體提供條件支持。

衛星

土星的衛星是一大批迷人獨特的世界的組合體。從被霧霾籠罩的土衛六到隕石坑密布的土衛九，土星的每個衛星都講述了一段圍繞著土星的故事。 目前土星有53個已確認的衛星，另有9個暫定的衛星。

這張2012年的卡西尼圖像顯示的是土衛六及其行星土星。 圖片來源：NASA/JPL-Caltech/SSI

光環

土星環被認為是在到達行星之前，已經被土星強大的引力撕裂的破碎彗星、小行星或行星碎片。 它們由數十億塊小塊的冰塊和巖石組成，上面覆蓋著類似灰塵的其他物質。 這些環形顆粒大多，小至塵土般的微小冰粒，大到房子大的塊狀物體。 極少數顆粒能有山體那麼大。 如果你從土星的雲頂上看這些環，你會發現它們大多是白色的，有趣的是，每個環的運行速度都不一樣。

土星的環系統延伸到距離地球28.2萬公裡的地方，但主環部分的垂直高度通常是10米左右。這些環相對較近，除了一個寬4700公裡的缺口被稱為卡西尼縫(Cassini Division)，該缺口將A環和B環分隔開來。光環按照它們被發現的順序根據字母順序排列，主要的環是A、B、C環。D、E、F環和G環比較微弱，最近才被發現。 從土星開始向外移動，有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，有一個非常微弱的瀰漫性環帶——菲比環。

土星環是太陽系中最引人注目的景象（這張影像是卡西尼太空船在2007年拍攝的）

磁層

土星的磁場比木星小，但仍然是地球的578倍。土星，土星環，以及許多衛星完全處於土星的巨大磁層中，在這個區域內，帶電粒子的行為很少太陽風的影響，而受土星磁場的影響更大。 當帶電粒子沿著磁場線螺旋進入行星大氣層時，就會產生極光。 地球上，帶電粒子來自太陽風。 「卡西尼」號觀測數據顯示，土星的極光中至少有一部分像木星一樣，基本上不受太陽風的影響。 相反，這些極光是由土星衛星噴出的粒子和土星磁場的快速自轉共同造成的。 但這些「非太陽起源」的極光還沒有完全研究清楚。

上圖為哈勃空間望遠鏡拍攝到的土星南極光

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