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Saturn 土星(中)

2006-02-21 00:00

  土星是离太阳第六远的行星,也是九大行星中第二大的行星:

  公转轨道: 距太阳 1,429,400,000 千米 (9.54 天文单位)

  卫星直径: 120,536 千米 (赤道)

  质量: 5.68e26 千克

  在罗马神话中,土星(Saturn)是农神的名称。希腊神话中的农神Cronus是Uranus(天王星)和该亚的儿子,也是宙斯(木星)的父亲。土星也是英语中“星期六”(Saturday)的词根。

  土星在史前就被发现了。伽利略在1610年第一次通过望远镜观察到它,并记录下它的奇怪运行轨迹,但也被它给搞糊涂了。早期对于土星的观察十分复杂,这是由于当土星在它的轨道上时每过几年,地球就要穿过土星光环所在的平面。(低分辨率的土星图片所以经常有彻底性的变化。)直到1659年惠更斯正确地推断出光环的几何形状。在1977年以前,土星的光环一直被认为是太阳系中唯一存在的;但在1977年,在天王星周围发现了暗淡的光环,在这以后不久木星和海王星周围也发现了光环。

  先锋11号在1979年首先去过土星周围,同年又被旅行家1号和2号访问。现在正在途中的卡西尼飞行器将在2004年到达土星。

  通过小型的望远镜观察也能明显地发现土星是一个扁球体。它赤道的直径比两极的直径大大约10%(赤道为120,536千米,两极为108,728千米),这是它快速的自转和流质地表的结果。其他的气态行星也是扁球体,不过没有这样明显。

  土星是最疏松的一颗行星,它的比重(0.7)比水的还要小。

  与木星一样,土星是由大约75%的氢气和25%的氦气以及少量的水,甲烷,氨气和一些类似岩石的物质组成。这些组成类似形成太阳系时,太阳星云物质的组成。

  土星内部和木星一样,由一个岩石核心,一个具有金属性的液态氢层和一个氢分子层,同时还存在少量的各式各样的冰。

  土星的内部是剧热的(在核心可达12000开尔文),并且土星向宇宙发出的能量比它从太阳获得的能量还要大。大多数的额外能量与木星一样是由Kelvin-Helmholtz原理产生的。但这可能还不足以解释土星的发光本领,一些其他的作用可能也在进行,可能是由于土星内部深层处氦的“冲洗”造成的。

  木星上的明显的带状物 在土星上则模糊许多,在赤道附近变得更宽。由地球无法看清它的顶层云,所以直到旅行者飞船偶然观测到,人们才开始对土星的大气循环情况开始研究。土星与木星一样,有长周期的椭圆轨道(右侧图象中心的大红斑)以及其他的大致特征。在1990年,哈博望远镜观察到在土星赤道附近一个非常大的白色的云,这是当旅行者号到达时并不存在的;在1994年,另一个比较小的风暴被观测到。

  从地球上可以看到两个明显的光环(A和B)和一个暗淡的光环(C),在A光环与B光环之间的间隙被称为“卡西尼部分”。一个在A光环的外围部分更为暗淡的间隙被称为“Encke Gap”(但这有点用词不当,因为它可能从没被Encke看见过)。旅行者号发送回的图片显示还有四个暗淡的光环。土星的光环与其他星的光环不同,它是非常明亮的。(星体反照率为0.2 - 0.6)

  尽管从地球上看光环是连续的,但这些光环事实上是由无数在各自独立轨道的微小物体构成的。它们的大小的范围由1厘米到几米不等,也有可能存在一些直径为几公里的物体。

  土星的光环特别地薄,尽管它们的直径有250,000千米甚至更大,但是它们最多只有1.5千米厚。尽管它们有给人深刻印象的明显的形象,但是在光环中只有很少的物质--如果光环被压缩成一个物件,它最多只可能是100千米宽。

  光环中的微粒可能主要是由水凝成的冰组成,但它们也可能是由冰裹住外层的岩石状微粒。

  旅行者号证实令人迷惑的半径的不均匀性在光环中的确存在,这被叫做“spokes(辅条)”,这是首先由一个业余天文学家报道的。它们的自然本性带给了我们一个谜,但使得我们有了弄清土星磁场区的线索。

  土星最外层的光环,F光环,是由一些更小的光环组成的繁杂构造,它的一些“绳结(Knots)”是很明显的。科学家们推测这些所谓的结可能是块状的光环物质或是一些迷你的月亮。这些奇怪的织状物在旅行者1号发回的图象中很明显,但它们在旅行者2号发回的图象中看不见,可能是因为后者拍到的光环部分的成分与前者的略有不同。

  土星的卫星之间和光环系统中有着复杂的潮汐共振现象:一些卫星,所谓的“牧羊卫星”(比如土卫十五,土卫十六和土卫十七)对保持光环形状有着明显的重要性;土卫一看来应对卡西尼部分某种物质的缺乏负责任,这与小行星带中Kirkwood gaps遇到的情况类似;土卫十八处于Encke Gap中。整个系统太复杂,我们所掌握的还很贫乏。

  土星(以及其他类木行星)的光环的由来还不清楚,尽管它们可能自从形成时就有光环,但是光环系统是不稳定的,它们可能在前进过程中不断更新,也可能是比较大的卫星的碎片。

  像其他类木行星一样,土星有一个极有意义的磁场区。

  在无尽的夜空中,土星很容易被眼睛看到。尽管它可能不如木星那么明亮,但是它很容易被认出是颗行星,因为它不会象恒星那样“闪烁”。光环以及它的卫星能通过一架小型业余天文望远镜观察到。Mike Harvey的行星寻找图表指出此时水星在天空中的位置(及其他行星的位置),再由Starry Night这个天象程序作更多更细致的定制。

  土星的卫星

  土星有18颗被命名的卫星,比其他任何行星都多。还有一些小卫星还将被发现。

  * 在那些旋转速度已知的卫星中,除了土卫九和土卫七以外都是同步旋转的。

  * 有三对卫星,土卫一-土卫三,土卫二-土卫四和土卫六-土卫七有万有引力的互相作用来维持它们轨道间的固定关系。土卫一公转周期恰巧是土卫三的一半,它们可以说是在1:2共动关系中,土卫二-土卫四的也是1:2; 土卫六-土卫七的则是3:4关系。

  * 除了18颗被命名的卫星以外,至少已有一打以上已经被报道了,并且已经给予了临时的名称。

卫星  距离
(千米) 
半径
(千米) 
质量
(千克) 
发现者  发现日期 
土卫十八  134000  10  ?  Showalter  1990 
土卫十五  138000  14  ?  Terrile  1980 
土卫十六  139000  46  2.70e17  Collins  1980 
土卫十七  142000  46  2.20e17  Collins  1980 
土卫十一  151000  57  5.60e17  Walker  1980 
土卫十  151000  89  2.01e18  Dollfus  1966 
土卫一  186000  196  3.80e19  赫歇耳  1789 
土卫二  238000  260  8.40e19  赫歇耳  1789 
土卫三  295000  530  7.55e20  卡西尼  1684 
土卫十三  295000  15  ?  Reitsema  1980 
土卫十四  295000  13  ?  Pascu  1980 
土卫四  377000  560  1.05e21  卡西尼  1684 
土卫十二  377000  16  ?  Laques  1980 
土卫五  527000  765  2.49e21  卡西尼  1672 
土卫六  1222000  2575  1.35e23  惠更斯  1655 
土卫七  1481000  143  1.77e19  波德  1848 
土卫八  3561000  170  1.88e21  卡西尼  1671 
土卫九  12952000  110  4.00e18  Pickering  1898 

土星的光环

光环  距离
(千米) 
宽度
(千米) 
质量
(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  ? 

  (距离是指从土星中心到光环内部的边缘)这种分类真的有点误导,因为微粒的密度以一个复杂的方式改变,不能用分类法划分为一个明显的区域:在光环中存在不断的变化;那些间隙并不是全部空的,这些光环并不是一个完美的圆环。

[英文原文]
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