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土星

土星,为太阳系八大行星之一,至太阳距离(由近到远)位于第六、体积则仅次于木星。并与木星、天王星及海王星同属气体(类木)巨星。古代中国亦称之镇星或填星。

 

土星土星


 

简介

土星古称镇星或填星,是太阳系八大行星之一。直径约119300公里(为地球的9.5倍),是太阳系第二大行星。它与邻居木星十分相像,表面也是液态氢和氦的海洋,上方同样覆盖着厚厚的云层。土星上狂风肆虐,沿东西方向的风速可超过每小时1600公里。土星上空的云层就是这些狂风造成的,云层中含有大量的结晶氨.

名称来源

土星是中国古代人根据五行学说结合肉眼观测到的土星的颜色(黄色)来命名的(按照五行学说即木青、金白、火赤、水黑、土黄)。而其他语言中土星的名称基本上来自神话传说,例如在欧美各主要语言(英语、法语、西班牙语、俄语、葡萄牙语、德语、意大利语等)中土星的名称来自於罗马神话中的农业之神萨图尔努斯(拉丁文:Saturnus),其他的还有希腊神话中的克洛诺斯(泰坦族,宙斯的父亲,一说其在罗马神话中即萨图尔努斯)、巴比伦神话中的尼努尔塔和印度神话中的沙尼。土星的天文学符号是代表农神萨图尔努斯的镰刀。

   土星:半径60268km、质量5.69*10^26kg。

地面环境

土星绕太阳公转的轨道半径约为14亿公里,它的轨道是椭圆的。它同太阳的距离在近日点时和在远日点时相差约1 .5亿公里。土星绕太阳公转的平均速度约为每秒9.64公里,公转一周约29.5年。土星也有四季,只是每一季的时间要长达7年多,因为离太阳遥远,即使是夏季也是极其寒冷。土星自转很快,但不同纬度自转的速度却不一样,这种差别比木星还大。赤道上自转周期是10小时14分,纬度60度处则变成10小时40分。这就是说在土星赤道上,一个昼夜只有10小时零14分。

   土星大气以氢、氦为主,并含有甲烷和其他气体,大气中飘浮着由稠密的氨晶体组成的云。从望远镜中看去,这些云像木星的云一样形成相互平行的条纹,但不如木星云带那样鲜艳,只是比木星云带规则得多。土星云带以金黄色为主,其余是橘黄色、淡黄色等。土星的表面同木星一样,也是流体的。它赤道附近的气流与自转方向相同,速度可达每秒500米,比木星上的风力要大得多。

   土星极地附近呈绿色,是整个表面最暗的区域。根据红外观测得知,云顶温度为-170℃,比木星低50℃。土星表面的温度约为-140℃。土星表面有时会出现白斑,最著名的白斑是1933年8月发现的,这块白斑出现在赤道区,呈蛋形,长度达到土星直径的1/5.以后这个白斑不断地扩大,几乎蔓延到整个土星表面。

   由于这颗行星表面温度较低而逃逸速度又大(35.6公里/秒),使土星保留着几十亿年前它形成时所拥有的全部氢和氦。因此,科学家认为,研究土星目前的成分就等于研究太阳系形成初期的原始成分,这对于了解太阳内部活动及其演化有很大帮助。一般认为土星的化学组成像木星,不过氢的含量较少。土星上的甲烷含量比木星多,而氨的含量则比木星少。

   1973年4月美国发射的行星际探测器“先驱者”11号发现土星有一个由电离氢构成的广延电离层,其高层温度约为977℃。观测结果表明,土星极区有极光。

   目前认为,土星形成时,起先是土物质和冰物质吸积,继之是气体积聚。因此,土星有一个直径20,000公里的岩石核心。这个核占土星质量的10%到20%,核外包围着5,000公里厚的冰壳,再外面是8,000公里厚的金属氢层,金属氢之外是一个广延的分子氢层。

   1969年,一架飞机在地球大气高层对土星的热辐射作了红外观测,发现土星和木星一样,它辐射出的能量是它从太阳接收到的能量的两倍。这表明土星和木星一样有内在能源。后来“先驱者”11号的红外探测证实了这一点,测得土星发出的能量是从太阳吸收到的2.5倍。

光环

1610年,意大利天文学家伽利略观测到在土星的球状本体旁有奇怪的附属物。1659年,荷兰学者惠更斯证认出这是离开本体的光环。1675年意大利天文学家卡西尼,发现土星光环中间有一条暗缝,后称卡西尼环缝。他还猜测,光环是由无数小颗粒构成。两个多世纪后的分光观测证实了他的猜测。但在这二百年间,土星环通常被看做是一个或几个扁平的固体物质盘。直到1856年,英国物理学家麦克斯韦从理论上论证了土星环是无数个小卫星在土星赤道面上绕土星旋转的物质系统。

   土星环位于土星的赤道面上。在空间探测以前,从地面观测得知土星环有五个,其中包括三个主环(A环、B环、C环)和两个暗环(D环、E环)。B环既宽又亮,它的内侧是C环,外侧是A环。A环和B环之间为宽约5,000公里的卡西尼缝,它是天文学家卡西尼在1675年发现的。B环的内半径91,500公里,外半径116,500公里,宽度是25,000公里,可以并排安放两个地球。A环的内半径121,500公里,外半径137,000公里,宽度15,500公里。C环很暗,它从B环的内边缘一直延伸到离土星表面只有12,000公里处,宽度约19,000公里。1969年在C环内侧发现了更暗的D环,它几乎触及土星表面 。在A环外侧还有一个E环,由非常稀疏的物质碎片构成,延伸在五、六个土星半径以外。1979年9月,“先驱者”11号探测到两个新环──F环和G环。F环很窄,宽度不到800公里,离土星中心的距离为2.33个土星半径,正好在A环的外侧。G环离土星很远,展布在离土星中心大约10~15个土星半径间的广阔地带。“先驱者”11号还测定了A环、B环、C环和卡西尼缝的位置、宽度,其结果同地面观测相差不大。“先驱者”11号的紫外辉光观测发现,在土星的可见环周围有巨大的氢云。环本身是氢云的源。

   除了A环、B环、C 环以外的其他环都很暗弱。土星的赤道面与轨道面的倾角较大,从地球上看,土星呈现出南北方向的摆动,这就造成了土星环形状的周期变化。仔细观测发现,土星环内除卡西尼缝以外,还有若干条缝,它们是质点密度较小的区域,但大多不完整且具有暂时性。只有A环中的恩克缝是永久性的,不过,环缝也不完整。科学家认为这些环缝都是土星卫星的引力共振造成的,犹如木星的巨大引力摄动造成小行星带中的柯克伍德缝一样。“先驱者”11号在A环与F环之间发现一个新的环缝,称为“先驱者缝”,还测得恩克缝的宽度为876公里。由观测阐明土星环的本质,要归功于美国天文学家基勒,他在1895年从土星环的反射光的多普勒频移发现土星环不是固体盘,而是以独立轨道绕土星旋转的大群质点。土星环掩星并没有把被掩的星光完全挡住,这也说明土星环是由分离质点构成的。1972年从土星环反射的雷达回波得知,环的质点是直径介于4到30厘米之间的冰块。

   探测器传回的土星照片让科学家非常吃惊,在近处所看到的土星环,竟然是碎石块和冰块一大片,使人眼花缭乱,它们的直径从几厘米到几十厘米不等,只有少量的超过1米或者更大。土星周围的环平面内有数百条到数千条环,大小不等,形状各异。大部分环是对称地绕土星转的,也有不对称的,有完整的、比较完整的、残缺不全的。环的形状有锯齿形的,有辐射状的。令科学家迷惑不解的是,有的环好像是由几股细绳松散的搓成的粗绳一样,或者说像姑娘们的发辫那样相互扭结在一起。辐射状的环更是令科学家大开了眼界而又伤透了脑筋,组成环的物质就象车轮那样,步调整齐的绕着土星转,这样岂不要求那些离的越远的碎石块和冰块运动的速度越快吗?这显然违背了目前已经掌握的物质运动定律。那么,这是一个什么样的规律在起作用呢?目前仍在探索中。

   美国航空航天局(NASA)的科学家近日(2009年10月8日新闻)发现土星周围存在一个“隐形”的巨大光环(如图),这个光环可以容纳10亿个地球。NASA喷气推 进实验室称,该光环平面与土星主光环面成27度倾角,该光环内侧距离土星约595万公里,宽度约1190万公里。它的直径相当于300倍土星的直径。可容纳10亿个地球。光环由冰和尘埃微粒组成,它们之间的距离如此之大,即使你站在光环上也看不清楚。另外,土星照射到的太阳光线很少,光环反射出的可见光更少,令它难以被发现。组成光环的尘埃温度很低,仅有零下193℃,但却散发出热辐射。NASA斯皮策太空望远镜正是捕捉到这些热辐射,才发现了这个巨大的光环。

   土星卫星“菲比”的轨道穿越该光环。科学家们认为,光环内的冰和尘埃来自于菲比与彗星的碰撞。光环的发现可能有助于解释关于土星另一卫星土卫八的一个古老而神秘的问题。天文学家卡西尼1671年首次发现土卫八,称这个星球一面黑一面白,就像太极符号一样。新发现的光环旋转轨道与土卫八相反。科学家们推测,光环内的尘埃飞溅到土卫八表面上,形成了黑色区域。“长久以来,航天学者一直认为菲比与土卫八表面之上的黑色物质之间存在某种联系,新发现的光环为此提供了令人信服的证据。”新光环的发现者之一、马里兰大学专家道格拉斯·汉密尔顿说。

   土星内部也与木星相似,有一个岩石构成的核心。核的外面是5000公里厚的冰层和8000公里的金属氢组成的壳层,最外面被色彩斑斓的云带包围着。土星的大气运动比较平静,表面温度很低,约为零下140摄氏度。

   土星以平均每秒9.64公里的速度斜着身子绕太阳公转,其轨道半径约为14亿公里,公转速度较慢,绕太阳一周需29.5年,可是它的自转很快,赤道上的自转周期是10小时14分钟。