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  • 土星

    土星,西方人古代称为Saturnus(拉丁文),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。土星主要由氢组成,还有少量的氦与微痕元素,内部的核心包括岩石和冰,外围由数层金属氢和气体包裹着。最外层的大气层在外观上通常情况下都是平淡的,虽然有时会有长时间存在的特征出现。土星的风速高达1800公里/时,明显的比木星上的风速快。土星的行星磁场强度介于地球和更强的木星之间。土星有一个显著的环系统,主要的成分是冰的微粒和较少数的岩石残骸以及尘土。已经确认的土星的卫星有62颗。其中,土卫六是土星系统中最大和太阳系中第二大的卫星(半径2575㎞)(太阳系最大的卫星是木星的木卫三,半径2634㎞)。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名称: 土星 英文名: Saturn
    视星等: -0.4~1.3 分类: 行星(巨行星)
    自转周期: 10.656h 质量: 95.16(地球为1)
    平均密度: 0.69g/cm³ 直径: 120660㎞
    表面温度: -178℃ 公转周期: 29.458年
    逃逸速度: 35.6㎞/s
    反照率: 0.57 轨道倾角: 2.5°
    轨道线速度: 34 884㎞/h 黄赤交角: 26.73°
    卫星数量: 62(已确认) 注音: ㄊㄨˇ ㄒㄧㄥ
    大气层组成: 氢、氦 最大卫星: 土卫六(直径5150千米)

    目录

    简介/土星 编辑

    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。

    基本资料/土星 编辑

    轨道资料

    土星土星
    远日点距离:1 513 325 783 公里、10.115 958 04 天文单位
    近日点距离:1 353 572 956 公里、9.048 076 35天文单位
    轨道半长轴:433 449 370公里、9.582 017 20天文单位
    轨道离心率:0.055 723 219
    轨道周期: 10 832.327 天s、29.657 296 儒略年
    会合周期:378.09 天
    平均公转速度:9.69 公里/秒
    平均近点角:320.346 750°
    轨道倾角:2.485 240°、5.51° 对土星赤道
    升交点赤经:113.642 811°
    近日点辐角:336.013 862°
    卫星:~200颗已观测过(61颗的轨道已确认)

    物理特征

    土星土星
    赤道半径:60 268 ± 4 公里、9.4492 地球 
    两极半径:54 364 ± 10 公里、8.5521地球半径 
    表面积:4.27×1010公里²、83.703 地球 
    体积:8.2713×1014公里³、763.59地球 
    质量:5.6846×1026 公斤、95.152地球 
    平均密度:0.687公克/厘米³(比水低) 
    赤道表面重力:8.96 米/秒²、0.914 g 
    宇宙速度:35.5 公里/秒 
    恒星自转周期:0.439-0.449 天(10小时32-47分钟) 
    赤道旋转速率:9.87 公里/秒、35 500 公里/小时 
    轴倾斜:26.73° 
    北极赤经:2 h 42 min 21 s、40.589° 
    赤纬:83.537° 
    反照率:0.342 (综合的)、0.47 (几何的) 
    表面温度:1 帕水平、0.1帕 最小 平均 最大、134 K、84 K 
    星等:+1.2 to-0.24 
    土星角直径:14.5"- 20.1" 

    大气组成

    ~96%氢 (H2) 
    ~3% 氦 
    ~0.4%甲烷 
     ~0.01%氨 
    ~0.01%重氢(HD) 
    0.000 7%乙烷 

    名称由来/土星 编辑

    土星土星

    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)中土星的名称来自于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。

     

    轨道和自转/土星 编辑

    土星发生的土卫六凌土星

    土星和太阳的平均距离超过了1400000000 公里(9天文单位),轨道上运行的平均速度是9.69 公里/秒,所以土星上的一年(即土星绕太阳公转一周)相当于10759个地球日(或是28.5地球年)。土星的椭圆轨道相对于地球轨道平面的倾角为2.48°,因为离心率为0.056,因此土星与太阳在近日点和远日点(行星在轨道路径上与太阳最近和最远的两个点)之间的距离变化大约为155000000 公里。

    土星可见的特征(如六边型云彩)的自转A class=innerlink title=速率 href="http://www.baike.com/wiki/%E9%80%9F%E7%8E%87">速率根据所在纬度的不同而有所不同,各个的区域的自转周期如下:“系统I”的周期是10h14min00s(844.3°/d),包含的是赤道区域,从南赤道带的北缘延伸至北赤道带的南缘;其他的纬度都属于周期为10h39min24s (810.76°/d)的“系统II”;基于航海家飞越土星时发现的无线电波,“系统III”的周期为10h39min22.4 s(810.8°/d);因为与系统II非常接近,它可以很大程度上替代系统II。

    然而,精确的内部周期仍然未能确定。卡西尼太空船在2004年接近土星时,发现无线电的周期又有可察觉的增加,达到10 h 45 m 45 s(± 36 s)。造成变化的原因仍不清楚,但这种变化被认为是由于无线电的来源在土星内部不同的纬度上运动而改变了自转周期,而不是出自土星本身自转周期上的变化。

    而后,在2007年,无线电发射被发现没有跟随着行星一起旋转,而可能是由等离子体圆盘的对流造成的,它也与除了行星的自转之外的其他因素有关。有报道指出,这种测量到的自转周期的变化也许是由土星卫星土卫二上的喷泉活动造成的。由这种活动而散布进入土星轨道的水蒸气被电离,从而影响了土星的磁场,使得磁场的旋转速度相对于土星的自转被稍稍降低。目前还没有方法可以直接测定土星核心的自转速率。

    在2007年9月的报告中,根据各种测量结果(包括卡西尼、航海家和先锋号的报告)综合而得的对土星自转的最后估计值是10小时32分35秒。

    土星环/土星 编辑

    主条目:土星环

    历史

    土星土星
    土星因为它美丽的行星环而出名,它也是最早被发现具有光环的行星。土星环首先被伽利略在1610年7月用自制望远镜观察到。

    在1612年,土星环以侧面朝向地球,因此看起来似乎是消失不见,伽利略因此而感到困惑不解。在1613年他又再次看见了环,这使伽利略更加困惑。

    在1655年,克里斯蒂安·惠更斯观测到完整的土星环,他使用了一个比在伽利略时代能得到强大得多的望远镜。惠更斯观测土星并写道:“它(土星)被一个薄且平坦的环环绕着,环与土星没有接触,并且相对黄道倾斜。”

    在1675年,乔凡尼·卡西尼确定土星环由许多较小的环组成,中间并且有缝存在着,其中最明显的环缝在不久之后被命名为卡西尼缝。卡西尼缝存在于A环和B环之间,宽度有4800 公里。

    在1859年,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出土星环不可能是固体的,否则将会因为不稳定而碎裂。他认为环是由为数众多的小颗粒组成的,每个颗粒都独立地环绕着土星运行。透过光谱学的研究,立克天文台的詹姆斯·基勒在1895年证实了麦克斯韦的理论。

    物理特性

    关于土星环的起源有两种主要的理论。一种理论是在19世纪提出的起源于洛希极限,认为环原本是土星的一颗卫星,因为轨道的衰减而落入洛希极限的范围内,因本身不够紧密而被潮汐力扯碎(参见洛希极限),这种理论又演变出卫星被小行星或彗星撞击而瓦解的学说。

    第二种理论认为它并非来自卫星,而是从形成土星的原星云中直接形成的。

    土星土星圆环出现神秘扭曲和旋转

    在环中最大的空隙是卡西尼缝和恩克环缝,土星的恩克环缝是在1837年5月28日由恩克于柏林发现的。其他的缝隙可能是与质量较大的卫星轨道周期产生共振造成的,土卫一维系著卡西尼缝的存在,还有更多的环状结构因为受到其他卫星周期性的扰动而产生螺旋状的波浪。

    来自卡西尼太空船的资料显示土星环有自己的大气层,与行星本身无关而独立存在。大气中有氧分子(O2),这是来自太阳的紫外线作用与环中的冰而产生的。水分子之间的链结受到紫外线的刺激产生化学作用释放出并抛出了气体,尤其是O2。根据这一模型,大气层中也存在氢气(H2)。

    环中也有稀薄的OH(氧化氢)气体,如同O2一样,这些气体也是水分子的崩解导致的,但这一分解是由高能量离子轰击土卫二抛射出来的水分子所造成的。这些大气层尽管非常稀薄,依然还是可以被在地球上空的哈柏太空望远镜检测出来。

    土星在它的亮度上呈现复杂的样式。光度的变化大多可以归咎于环的变化,并且在每个轨道周期有两个循环的变化。由于行星轨道的离心率,使得叠加在北半球冲的时候比在南半球冲时更为明亮。

    在1980年,航海家1号飞越土星时显示F-环是由三条细环像编辫子一样的纠结在一起,而呈现出复杂的结构;现在知道是在外面的二个环有突起的瘤,造成交织和纠结成团的假象,比较暗的第三个环则在它们的内侧。

    环上的轮辐

    B环上的轮辐,是航海家2号在1981年拍摄的。在1980年以前,对土星环的结构和行为完全都以万有引力的作用来解释。

    航海家太空船在B环上发现被称为轮辐的辐射线状特征,这些无法用同样的方法来解释,因为它们的存在和绕着环的转动,是与轨道力学不一致的。这些轮辐在背景散射光下呈现黑暗,而在前景散射光下显得明亮。它们被假设是悬浮在圆环平面上的微尘,受到电磁的交互作用而联系在一起,因此它们的转动是与土星的磁气层同步。但是,造成轮辐的确实机制仍然不清楚。

    它们看起来有季节性的变化,在土星的仲冬或盛夏时消失不见,当土星接近分点时又再度出现。在2004年初,当卡西尼太空船抵达土星时这些轮辐都未出现。基于目前对于辐条的成因的模型,一些科学家推测这些轮辐要到2007年后才会出现。然而,通过对卡西尼拍摄的环影像的持续寻找,发现轮辐在2005年9月5日重新出现。

    卫星/土星 编辑

    土星土星

    土星有为数众多的卫星。精确的数量尚不能确定,所有在环上的大冰块理论上来说都是卫星,而且要区分出是环上的大颗粒还是小卫星是很困难的。到2009年,已经确认的卫星有61颗,其中52颗已经有了正式的名称;还有3颗可能是环上尘埃的聚集体而未能确认。许多卫星都非常的小:34颗的直径小于10 公里,另外13颗的直径小于50 公里,只有7颗有足够的质量能够以自身的重力达到流体静力平衡。

    传统上,土星的卫星的英文名称都以希腊神话中的巨人来命名,这种惯例源自约翰·赫歇尔(威廉·赫歇尔的儿子),土卫一(“Mimas”)和土卫二(“Enceladus”)的发现者,他在自1847年出版的《在好望角的天文观测成果》中提出了这种命名法,理由是Mimas和Enceladus是克洛诺斯(希腊神话中的Saturn)的兄弟姐妹。 

    探索历程/土星 编辑

    古代观测

    土星土星
    在史前时代就已经知道土星的存在,在古代,它是除了地球之外已知的五颗行星中最远的一颗,并且有与其特性相符的各式各样的神话。在古罗马神话中它是农神,从这颗行星所采用的名字,它是农业和收获的神祇。罗马人认为他与希腊神 克洛诺斯 ,希腊人认为最外层的行星是神圣的克洛诺斯,而罗马人也承袭这个传统。

    印度占星学,有9个占星用的天体,像是著名的 纳瓦格拉哈历(Navagraha,梵文),土星是其中之一,称为"Sani"或"Shani", 法官在重行星之中,由大家共同评判各自的行为是好或是坏。古代的中国和日本文化依据中国的五行之说选定这颗行星是土星,是在传统上用于自然分类的元素之一。在古希伯来语,土星称为'Shabbathai',它的天使是卡西尔(Cassiel),意思是智慧之神或有益于身心的;是Agiel(精灵),它更为黑暗的一面就是恶魔(lzaz)。在奥图曼土耳其使用的乌尔都语和马来语,它的名称是'Zuhal',是从阿拉伯文转化过来的。

    使用口径1.5厘米的望远镜就能看见土星环,但直到1610年伽利略用望远镜看了才知道它的存在。他虽然起初认为是在土星两侧的卫星,直到克里斯蒂安·惠更斯使用倍数更高的望远镜才看清楚并认为是环。惠更斯也发现了土星的卫星土卫六。不久之后,珍-多米尼克·卡西尼发现了另外4颗卫星:土卫八、土卫五、土卫三和土卫四。在1675年,卡西尼也发现了著名的卡西尼缝。

    之后一段时间都没有进一步的有意义发现,直到1789年威廉·赫歇尔才再发现两颗卫星:土卫一和土卫二。形状不规则的土卫七和土卫六有着共振,是在1848年被英国发现的。

    在1899年,威廉·亨利·皮克林发现土卫九,一颗极度不规则卫星,它没有如同更大卫星般的同步转动。菲比是第一颗被发现的这种卫星,它以周期超过一年的逆行轨道绕着土星公转。在20世纪初期,对土卫六的研究在1944年确认他有浓厚的大气层 - 这是在太阳系的卫星中很独特的特征。

    先锋11号飞越

    土星“卡西尼”号探测器拍摄到的土星大气照片
    1979年的9月,先锋11号成为拜访土星的第一个人造天体,它从距离行星云层顶端20 000 公里处飞越,获得了低分辨率的行星和一些卫星的影像,但影像的解析力上不足以分辨表面的特征。这艘太空船也观察了环,发现了稀薄的F-环,并且在朝向太阳的方向观察时原本空白且黑暗的环缝是明亮的,或者换句话说,环缝不是空无一物的。先锋11号也测量了土卫六的温度。

    航海家的飞越

    在1980年11月,航海家1号太空船拜访了土星系统,送回了第一批行星、环和卫星的高分辨率影像,这是第一次人们可以看清土星表面的变化和围绕着它的各式各样的卫星。航海家1号执行了近掠土卫六的任务,使人们对这颗卫星大气层的认识增进了许多。但同时,它也证实了可见光是难以穿透土卫六大气层的,因此还是未能观察到土卫六表面的详情。这次的近掠也改变了太空船的航向,使它的飞行轨道偏离了太阳系的平面。

    差不多在一年之后的1981年8月,航海家2号继续对土星系统进行研究,拍摄了更多土星卫星的近距离照片,并且也发现了土星环和大气发生变化的证据。不幸的是,在飞越期间,太空船的转动平台故障了两三天,使得一些计划中的影像无法拍摄。完成对土星的观测之后,太空船利用土星的重力抛射朝向天王星飞去。

    这艘太空船发现并确认了一些新的卫星在接近环或环的内部环绕着土星,也发现了一些新的小环缝:马克士威缝(在C环内的缝)和Keeler环缝(在A环内一个宽42 公里的环缝)。

    卡西尼的环绕

    从卡西尼号观察到的土星日食。在2004年7月1日,卡西尼-惠更斯号太空船完成SOI(土星轨道切入)的操纵进入了在土星附近环绕的轨道。在SOI之前,它已经广泛的研究过这个系统。在2004年6月,它首度近距离的飞越土卫九,并送回了高分辨率的影像和数据资料。

    卡西尼号飞越土星最大的卫星,土卫六,并且用雷达影像获得了大湖、海岸线以及许多海岛和山的影像。在2004年12月25日释放登陆艇惠更斯号之前,两度飞越土卫六。惠更斯号在2005年1月14日登陆土卫六的表面,在大气层中下降的途中和着陆以后送回了大量的数据。在2005年当中,卡西尼号多次飞越土卫六和其它的冰卫星。卡西尼号最后一次飞越土卫六是在2008年3月23日。

    从2005年初,科学家追踪由卡西尼号发现的土星上的闪电。这些闪电释放出的能量比地球上的闪电强了1,000倍。此外,科学家也相信这场风暴是曾经见过的最强烈的一种。

    在2006年3月10日, NASA宣布经由卡西尼号的影像发现,在土卫二上的间歇泉喷发出的物质中含有液态水的证据,影像也显示在冰冷的喷泉中有高耸的羽状物散发出的液体显示出有水的颗粒。依据加州理工学院安德鲁英格索尔博士的解释:"太阳系其他的卫星有被数公里厚的冰冻外壳覆盖著的液态水海洋,这与此处在地表之下数米,不超过10米的口袋中有液态水,不知会有什么不同。

    在2006年9月20日,卡西尼号的影像揭露了一个之前未曾发现过的行星环,在较明亮的主要土星环带之外和G与E环之内。明显的,这个环的来源是土星的两颗卫星像陨石一样碰撞的结果。

    在2006年7月,卡西尼号首度证明在土卫六的北极附近有碳氢化合物的湖,并在2007年1月获得证实。在2007年3月,另外的影像发现在土卫六的北极附近有碳氢化合物的"海洋",最大的一个几乎有里海那么大。在2006年10月,太空船在土星的南极侦测到一个直径5,000 公里并有眼墙的飓风。

    在2006年当中,太空船发现并证实了四颗新的卫星。

    观测时机/土星 编辑

    土星土星光环和阴影

    土星是肉眼可见的五颗行星中距离最远的一颗,其他四颗是水星金星火星木星天王星灶神星在黑暗的环境下也能用肉眼看见),并且直到1781年发现天王星之前,是早期的天文学家所知道的最后一颗行星。以肉眼在夜晚看见的土星是一颗明亮的,发出淡黄色光芒的光点,光度通常在+1至0等之间,以29½年的周期在黄道上以黄道带的众星作为背景,绕行天球一周。多数人借助于光学仪器(大的双筒镜或望远镜)的协助,以20倍以上的倍数,就能清楚的看见土星环。

    土星是外行星,在合日(视觉上接近太阳)前后两个月以外,其他时间也适合观测。而跟外行星的性质一样,当冲日时是观测土星最好时候,因为土星冲日时,土星最亮(约0等)之余,视直径(角直径)也最大,而且冲日前后,整夜可见。

    在它出现在天空中可以观赏的大部分时间,都是值得鼓励大家观赏的目标。在接近冲(行星的位置在离日度180°之处,也就是在天空中与太阳相对的方向上)的前后时段是观赏土星和土星环的最佳时段。土星在2002年12月17日冲的时候,因为土星环以最有利的角度朝向地球,因此有最大的亮度。

    土星是外行星,在合日(视觉上接近太阳)前后两个月以外,其他时间也适合观测。而跟外行星的性质一样,当冲日时是观测土星最好时候,因为土星冲日时,土星最亮(约0等)之余,视直径(角直径)也最大,而且冲日前后,整夜可见。

    通过三吋口径(物镜直径)或以上的望远镜,以目镜放大80倍以上便能透过它清楚看见土星及土星环,在大气稳定时(放大100倍以上)还能看到卡西尼环缝。2007年2月11日,土星冲日,亮度-0.2等,那时土星在狮子座,视直径20.27"。

    土星土星[1]


    1998年1月由哈勃太空望远镜拍摄的土星1998年1月由哈勃太空望远镜拍摄的土星[2]

    相关文献

    参考资料
    [1]^引用日期:2016-05-15
    [2]^引用日期:2016-05-15
    扩展阅读
    1土星网
    2洪恩在线网
    3人民网

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