土星的特征

土星按太阳系离太阳由近及远的次序在九大行星中排行第六.在1781年天王星发现前,它还被认为是太阳系中最外侧的行星.在我国古代认为土星每28年运行一周天,正好每年"坐镇"28宿之一,所以称土星为"镇星"

或"填星".在西方,人们用罗马神农萨都恩来命名土星.

土星在很多方面都类似于木星,它与木星同属于巨行星.土星的赤道半径约为6万公里,体积是地球的745倍,质量是地球的95.18倍,它的体积和质量在九大行星中仅次于木星,排行第二.土星没有固体的表面,组成土星的主要物质是氢和氦.土星的密度是大行星中最小的,每立方厘米的平均质量只有0.7克,比水还轻,如果把九大行星都放在一个大水盆里,只有土星会浮在水面上.

土星距太阳的平均距离为9.6天文单位,在轨道上的公转速度是9.64公里／秒,绕太阳一周要29.5年.土星还是一颗高速自转的行星,由于它具有液态的表面,所以它的自转角速度随纬度不同而变化,赤道附近自转最快,周期只有10小时14分,随着纬度的增高,自转速度逐渐减慢,到了纬度60°处,转一周要用10小时40分.高速的自转使土星变得很扁,它的扁率比木星还要大.

由于土星距太阳很远,所以它表面的温度应该很低.理论计算的结果为－197℃,而实际测量值为－168℃,这说明土星与木星一样,也存在自己的内部热源.

"先驱者"11号探测土星时,在距它128万公里处发现了土星的磁场,并且绘制了磁场图.土星的磁场比地球要强得多.

土星最引人入胜的是它那美丽的光环.在地面上即使用一架小天文望远镜也不难领略到土星光环迷人的风采.由于土星光环的平面与土星轨道面不重合,而且光环平面在绕日运动中方向保持不变,所以从地球上看,光环的视面并不固定,有时看起来像一个正圆环,有时看起来像一个宽边草帽,有时干脆根本看不见.由于土星光环很薄,厚度只有约50米,所以当视线正好与光环平面重合时,光环便会从我们眼里"消失".光环大约每隔15年"消

失"一次.由于光环的面积不断变化,引起了土星的视亮度的变化,最亮时与最暗时可相差3倍.

由于土星离我们较远,所以目前我们对土星的了解还很不够.美国宇航局和欧洲空间局正酝酿向土星发射一个新的探测器——"卡西尼"号,如该计划执行顺利,预计于2002年到达土星,对土星进行为期4年的详细观测.

土星的彩色"腰带"

1610年,伽利略用他的望远镜观测土星时,发现在土星的球状本体旁边有一个附属物.由于望远镜成像质量太差,他没能确定出这个附属物的真实形状.到了1659年,荷兰物理学家惠更斯经过仔细地观测才认识到这个附属物原来是离开土星本体的光环.以后,随着望远镜的改进.人们观察到了土星光环越来越多的细节,并发现它是由几个较小的光环组成的,而不同的光环之间还留有空隙.但在当时,人们一直认为土星环是由几个扁平的固体物质盘组成的.直到1856年,经典电动力学的奠基人麦克斯韦才从理论上证明了土星环"应该由许多独立的粒子组成,它们以不同的速度在围绕土星旋转".

土星环有着极其复杂的结构,共由A、B、C、D、E、F、G7个环组成,它们都位于土星的赤道面上.最靠近土星的D环离土星表面还不到7000公里,只相当于土星半径的1／9.D环向外依次为C环、B环、A环、F环、E环和G环.G环的外边缘离土星表面约5～8万公里.在土星的7个环中,A、B、C3个环较亮,称为主环,其余的4个环较暗.主环中以B环最为引人注目,它宽达22000公里,而且内部的物质最稠密,亮度也最大.在A环和B环之间是著名的卡西尼环缝,它宽约4800公里.A环内还有宽度仅320公里的恩克缝.在A环外侧和C、B环之间还分别有宽度为3520公里和4200公里的先驱者缝和法兰西缝.

以上只是土星环的一些大致结构,它实际上还要复杂得多."旅行者1号"和"旅行者2号"在探访土星时,就发现土星环实际上是由成百上千条细环组成的,就像唱片上的纹路一样密集.卡西尼缝和恩克缝内也并不是空洞无物的,它们的内部也有一些细的环带.

土星光环是由无数大小不等的颗粒构成的.这些颗粒的直径从几微米到几米,它们有的是一些微不足道的灰尘,有的是大块的岩石和冰块.它们在太阳光的照射下形成各种各样的颜色,由于光环不同部分物质的密度不均匀,所以光环的颜色也就有深有浅.

关于光环的成因,多数科学家认为土星光环是一颗卫星被土星巨大的潮汐力瓦解后形成的.但也有人认为土星环是由太阳系形成时剩余的原始物质形成的.

土星的卫星

在探测器到达土星之前,人们只发现了10颗土星卫星.根据"先驱者11号"、"旅行者1号"和"旅行者2号"发回的资料分析,有案可稽的就有几十个新的土卫候选天体.现在已经被确认的土星卫星达23个之多,其卫星数量超过了木星,居太阳系诸行星之首.

土卫系统中有很多有趣的现象,比如有时一些卫星占用同一条轨道绕土星运动,而且在轨道上的角距很稳定,一般接近60°,这样它们和土星就构成了稳定的天空正三角形.在土卫3前、后60°附近就各有一颗小卫星——土卫13和土卫14,这三颗卫星和土星组成了两个大正三角形.另外,有一些土卫实际上是位于土星光环之中的,它们对光环的作用是形成光环复杂结构的重要原因.

在土星的众多卫星中,最为引人注目的是土卫6、土卫8和土卫9.

土卫6又名提坦,直径4828公里,是土星最大的卫星.过去一直认为它也是太阳系中最大的卫星,但精确测量得知它比木卫3小了112公里.土卫6最独特的地方是它浓密的大气,厚度可达地球大气的10倍,而且要稠密得多.和地球一样,土卫6大气主要也是由氮组成的,但含量高于地球,约为98％,另外还有少量的甲烷、乙烷、乙烯等气体.以前,科学家曾经对于在土卫6上发现生命寄予厚望.遗憾的是,接近探测并没有发现任何生命的痕迹,但是在土卫6云层的顶端发现了一种可以孕育生命的有机分子.

土卫8的表面状况非常引人注目,它的一个半球非常明亮,另一个半球却很暗,亮暗半球的边界是模糊不清的.土卫8还像月球一样,表面有大量的陨石坑——环形山.科学家对于土卫8表面亮度问题有两种解释:一种认为土卫8曾与一块大陨星相撞,撞击造成了土卫8上强烈的火山喷发,喷出的物质覆盖住原来的冰外壳,形成黑暗面.另一种解释认为黑色物质是土卫8轨道外侧的土卫9发出的,它们降落在土卫8位于公转轨道前方的半球上,这与观测是相符的.

土卫9是离土星最远的卫星.它与土星的其他卫星有很多不同.土星的其他卫星基本上是由冰组成的,而土卫9则是由岩石组成的.土卫9还是土星唯一的一颗非同步卫星和逆行卫星.据此,科学家认为土卫9不是同土星的其他卫星一起由土星周围的星云物质形成的,而是一颗被土星俘获的小行星.