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土星是离太阳第六远的一颗美丽的行星。土星公转轨道半径为14亿千米,表面橘色,远远望去像个戴着顶大沿遮阳帽的女郎。土星自转一周为10小时14分,公转周期为29.5年,约合二十八宿之数,每年镇一宿,故古时我国又称其为“镇星”。土星长期被当作太阳系的边界,直到1781年发现天王星以后,太阳系才得以扩大。土星运动迟缓,人们便将它看作时间和命运之神的象征。罗马神话中称其为萨图努斯神,即希腊神话中的克洛诺斯,他是神王宙斯之父,是在推翻父亲之后登上天神宝座的。无论东方还是西方,都把土星与农业联系在一起。在天文学中的符号,像是一把主宰农业的大镰刀。 土星大小仅次于木星,它们有许多相似之处。其直径约12万千米,是地球的9.5倍;体积是地球的730倍。但它的平均密度却比水还要小,仅有0.7克/立方厘米。假如将土星放入水中,它会浮在水面上。 土星的内部结构与木星相似,也有岩石构成的核。核的外面是5000千米厚的冰层和金属氢组成的壳层。再外面也像木星一样被色彩斑斓的云带包围着。这些彩色的云带主要由氢、氦以及甲烷等组成。如果说木星大气运动多变,那么土星大气运动就显得平静、单纯而快速。土星表面的喷射流,速度最快时可高达400米/秒以上。可真正的土星表面是看不到的,我们看到的只是云顶,其温度低于-200℃。 旅行者号探测器发现土星也有一个大红斑,长8000千米,宽6000千米,比木星的小许多。它可能是由于土星大气中上升气流重新落入云层时引起扰动和旋转而形成的。

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    1星体概况

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    土星是离太阳第六远的一颗美丽的行星,土星凡是用望远镜看过土星的人,无不惊叹不已。土星公转轨道半径为14亿千米,冲日时最大亮度为0.4星等。土星那橘色的表面,漂浮着明暗相间的彩云,配以赤道面上那发出柔和光辉的光环,远远望去真像个戴着顶大沿遮阳帽的女郎。

    土星自转一周为10小时14分。土星由于自转迅速,赤道凸出成为一个扁球体,赤道半径要比两极半径大6000多千米。土星公转周期为29.5年,约合二十八宿之数,每年镇一宿,故古时我国又称其为“镇星”。土星长期被当作太阳系的边界,直到1781年发现天王星以后,太阳系才得以扩大。土星运动迟缓,人们便将它看作时间和命运之神的象征。罗马神话中称其为萨图努斯神,即希腊神话中的克洛诺斯,他是神王宙斯之父,是在推翻父亲之后登上天神宝座的。无论东方还是西方,都把土星与农业联系在一起。在天文学中的符号,像是一把主宰农业的大镰刀。

    土星大小仅次于木星,它们有许多相似之处。其直径约12万千米,是地球的9.5倍;体积是地球的730倍。但它的平均密度却比水还要小,仅有0.7克/立方厘米。假如将土星放入水中,它会浮在水面上。

    土星的内部结构与木星相似,也有岩石构成的核。核的外面是5000千米厚的冰层和金属氢组成的壳层。再外面也像木星一样被色彩斑斓的云带包围着。这些彩色的云带主要由氢、氦以及甲烷等组成。如果说木星大气运动多变,那么土星大气运动就显得平静、单纯而快速。土星表面的喷射流,速度最快时可高达400米/秒以上。可真正的土星表面是看不到的,我们看到的只是云顶,其温度低于-200℃。

    旅行者号探测器发现土星也有一个大红斑,长8000千米,宽6000千米,比木星的小许多。它可能是由于土星大气中上升气流重新落入云层时引起扰动和旋转而形成的。

    2星体特征

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    奇妙的土星环

    土星最让人着迷的便是美丽的土星环。

    伽利略在1610年用自制望远镜观察土星时,发现土星有两个“耳朵”。他误认为土星可能是由一大二小三个天体组成,怀疑这两耳朵是两颗卫星。但他一直不敢将观察结果发表,其原因是“卫星”并没有绕土星公转,似乎永远停留不动。而更令他惊奇的是那两颗“卫星” 两年后竟然失踪,三年后又重新出现。

    半个世纪后,荷兰天文学家惠更斯(Christiaan Huygens) 用更大更好的望远镜进行观测,才揭开了这个谜。原来那两颗“卫星”是与土星不相连接、环绕在土星赤道面上的光环。这光环由无数形状、大小不等,直径在7.6厘米~9米之间的冰块组成,以很快的速度围绕土星运转,在太阳光的照耀下呈现出各种颜色。光环的直径达27万千米,厚度为10千米左右,自东向西自转。1675年,意大利天文学家卡西尼(Giovanni Domenico CAssini)发现光环中有一圈空隙,这就是著名的卡西尼环缝。

    土星环的结构在17~19世纪被陆续发现。到20世纪80年代初,至少3个探测器对土星“走马观花”,发现环的结构极为复杂。

    人们根据地面观测和空间探测,把土星环划分为7层。距土星最近的是D环,亮度最暗;其次是C环,透明度最高;B环最亮;最后是A环。在A 环和B环之间就是著名的卡西尼环缝,缝宽约5000千米。在A环之外有E、F、G三个环,最外层的是E环,十分稀薄和宽广。

    “旅行者1号和2号”探测器把土星环的近距离照片送回后,科学家们非常吃惊:原来每一层又可细分成上千条大大小小的小环,即使被认为空无一物的卡西尼缝也存在几条小环。在照片中可见到F环有5条小环相互缠绕在一起。土星环的整体形状类似一张巨大的密纹唱片,从土星的云顶一直延伸到32万千米远的地方。 光环的颜色远看是红棕色,其实每层都稍有不同,C环是蓝色,B环内层为橙色,外层为绿色,A环为紫色,卡西尼缝是蓝色的。

    强磁场与大闪电

    “先驱者”和“旅行者”发回的资料表明土星具有磁场,其强度为木星磁场的几十分之一,但比地球磁场大得多。土星磁场宛如大鲸,头部圆钝,尾巴粗壮。它的奇特之处在于磁场磁轴与自转轴几乎重合,夹角为0.7°,而在地球上为12°。土星磁场的磁尾张角非常之大,是土星轨道处太阳风非常微弱的缘故。土星辐射带范围比地球的大10倍,但比木星的既小且弱。土星还具有较强电磁辐射,探测器在不久的将来在万千米外便可收到土星发出的无线电波。

    土星上存在一种惊人的巨型雷暴闪电,跨度达六万多千米,覆盖土星周长的六分之一以上。如此大的闪电若发生在地球上,可绕地球赤道一圈半。闪电频带宽,暴发周期为几秒。

    3卫星家族

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    土星是太阳系中卫星最多的大行星。从1979年开始,探测器不断发现新卫星,使土卫迅速增多到23颗。土卫形态各异,天文学家对它们有着极大的兴趣。

    土卫一直径是390千米,上面有一直径约130千米的大陨坑。

    土卫二表面覆盖着厚厚冰层,一半地区是荒凉的平原,另一半则坎坷不平。科学家认为它可能同木卫一一样具有火山活动。

    土卫三表面被冰层覆盖,冰上有条长2360千米的裂缝和一直径约400千米、深16千米的撞击坑。

    土卫四直径约1120千米,上面有众多的陨坑。在它的轨道上还有伴星土卫四B,它超前土卫四60°,位于土卫四与土星的引力平衡点上。而在土卫四B附近还有颗更小的伴星。

    土卫五直径约1530千米,表面有许多环形山,类似月球和水星。

    土卫六Titan 是人类发现的第一颗土星卫星。

    土卫八Iapetus 一面很亮,另一面很暗,是个“阴阳脸”。

    土星的卫星有的直径小于30千米,表面情况大同小异,就不一一介绍了。

    4星体探测

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    先驱者号

    为了探测太阳系外围空间的物理情况,1973年4月“先驱者11号”上天,1979年9月1日飞临土星,成为第一个就近探测土星的人造天体。

    “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。

    “先驱者11号”飞船于1979年8月、9月在距土星128万公里处发现,土星磁场十分特殊,磁场图很像一条大鲸鱼,其头部圆钝,两边伸出扁形翅,还有粗壮的尾巴。土星磁场的磁轴与其自转轴吻合,磁心偏离土星核心22.5公里。磁场范围比地球的磁场范围大上千倍,但比木星磁场小,也没有木星磁场复杂。

    旅行者号

    “旅行者”1号、2号在考察完木星后,继续驶向土星,对土星进行考察。完成考察土星的任务后,“旅行者2号”又继续飞向天王星和海王星,对它们进行考察。这些“一身多任”的宇宙飞船,为我们带来了土星的新消息。

    美国国立光学天文台的科学家们在研究“旅行者”2号发回的土星照片时,发现了一个奇怪的现象:在土星的北极上空有个六角形的云团。这个云团以北极点为中心,并按照土星自转的速度旋转。土星北极的六角形云团并不是“旅行者”2 号直接拍到,因为“旅行者”2 号并没有直接飞越土星北极上空。但它在土星周围绕行时,从各个角度拍下了土星照片。天文学家们把那些照片合成以后,才看清了土星北极上空的全貌,也才发现了那个六角形云团。土星北极上空六角形云团的出现,促使科学家们不得不重新认识土星,NASA推测其成因与土星的气候有关。

    卡西尼号

    卡西尼号(CAssini)是卡西尼—惠更斯号的一个组成部分。卡西尼—惠更斯号是美国国家航空航天局、欧洲航天局和意大利航天局的一个合作项目,主要任务是对土星系进行空间探测。卡西尼号探测器以意大利出生的法国天文学家卡西尼的名字命名,其任务是环绕土星飞行,对土星及其大气、光环、卫星和磁场进行深入考察。

    “卡西尼号”太空探测器在经过6年8个月、35亿千米的漫长太空旅行之后,已于北京时间2004年7月1日12时12分按计划顺利进入环绕土星转动的轨道,开始对土星大气、光环和卫星进行历时4年的科学考察“卡西尼号”在环绕土星运行的4年中,将近距离地纵览土星全貌,对土星和它众多的卫星进行全面考察。

    “卡西尼号”从2004年1月起,就开始拍摄土星家族全面、完整的照片和电影。“卡西尼号”携带的照相机,比哈勃太空望远镜上的同类照相机性能更好。

    在临近入轨之前,2004年6月11日,它对土卫九进行了探测,拍摄了这颗卫星极其清晰的照片。土卫九是土星距离最远的一颗卫星,半径110千米,科学家猜想它是被土星俘获的一颗小行星。“卡西尼号”在离开它2000千米处经过对它的质量和密度进行了测量,2005年2月17日,“卡西尼号”将在离开土卫二1179千米处经过,而同年3月9日,距离更近到499千米。土卫二半径250千米表面非常明亮,几乎能反射百分之百的阳光。科学家怀疑它的表面是光滑的冰层,“卡西尼号”将探测它的磁场以判断它的表层下面是否有含盐分的水存在。

    2005年4~9月,“卡西尼号”的轨道将从土星赤道面改变到与这一平面成22度夹角,居高临下对土星光环和大气进行测量,进一步探测光环结构、组成光环的物质粒子和土星大气物理特性。

    2005年9~11月,“卡西尼号”将逐个接近土卫四、土卫五、土卫七和土卫三,分别对它们进行观测。土卫四半径560千米土卫五半径870千米,它们的外表很像我们的月亮,密布环形山。土卫七位于土卫六与土卫八之间形状不规则最长处直径175千米,很像一颗小行星。土卫三半径530千米,密度和水一样,很可能是一个冰球2006年7月到2007年7月,“卡西尼号”将系统地监视和拍摄土星、土星光环、土星磁层的图像。2007年7~9月它将再次拍摄土星及其家族的电影,并在9月10日到离开土卫八约1000千米处对土卫八进行观测。土卫八半径为720千米其表面一面颜色很暗,另一面却接近白色,很为奇特。

    2007年10月到2008年7月,“卡西尼号”将逐步地进一步增大轨道与土星赤道平面的夹角,最后达到75?郾6度这样“卡西尼号”就能更好地观测土星的光环,测量远离土星赤道平面处的磁场和粒子、监视土星的两极地区和观测土星极光现象。其间,在2007年12月3日和2008年3月12日,它将两次接近土卫十一,分别在离开土卫十一6190千米和995千米处对这颗卫星进行观测。

    土卫六是太阳系中唯一拥有浓厚大气层的行星卫星,其大气主要成分是氮气,表面有由液态甲烷构成的海和湖泊。几年前,当“卡西尼”探测器从土卫六近旁飞过时,发现位于土卫六北极的第二大海丽姬亚海与一些蜘蛛网状的黑色渠道相连。

    然而,这些黑色渠道里面到底是液态甲烷还是由冰组成的沉积物,一直没有搞清楚。为此,“卡西尼”2013年再次从土卫六近旁掠过时,重点观测了丽姬亚海旁边的这些渠道。最新分析显示,这次观测捕捉到渠道底部有闪光,显示它们的表面极其平滑,所以应该是液态甲烷。

    “卡西尼”的观测显示,这些渠道是狭长的大峡谷,一般宽度略小于1公里,但峭壁险峻,坡度超过40度,其中已经测量过的地区深度在240米至570米之间。

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    参考资料

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    [1].土星

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    • 更新时间:2016-08-12
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