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地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

 天童老僧 2016-11-15

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从上一节的介绍中,我们了解了太阳系八大行星之一的“木星”,也就是我们地球的一个“个大体重”的大邻居。接下来,让我们一起了解下地球的另一个带着“光环”的远邻——“土星”吧……

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

土 星

一、土星在太阳系中的地位与特征

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

土星,英文名称Saturn,是太阳系“八大行星”中距离太阳由近至远的第六颗行星,土星最明显的特征是带着闪耀的“光环”。在体积大小上,仅次于木星,在太阳系中排第二。上一节也提到,土星、木星、天王星、海王星同属类木行星,也称为气体行星,这说明土星和木星一样,也是一个巨型气体行星。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

土星在欧洲古代称之为“克洛诺斯星”,并以罗马神的农神“萨杜恩”来命名。而在古代中国,则称之为“镇星”或“填星”。

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29.53216地球年。可是它的自转速度很快,自转周期为10.546小时。由于快速自转,使得它的形状压迫变扁,是太阳系行星中形状最扁的一个。

土星质量为地球的95.159倍,约为5.6836×10^26千克。土星的体积是地球的763.59倍,平均半径约是地球的9倍,但平均密度仅是地球的八分之一,仅有0.687克/立方厘米,比水还轻。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

这就是土星和地球的大小比较图。(土星和地球两者体积相差763.59倍)

土星最迷人的特征就是有一个明显的行星环,称为“土星环或土星光环”(当然木星也有,但不如木星明显),这个土星光环,被人们赞誉为“指环王”一点也不为过。土星环可以在地面通过天文望远镜直接观测到,土星整体外表犹如一顶“草帽”,而土星环好像很宽的“帽沿”,使得它成为群星中最美丽的一颗,令天文爱好者们赞叹不已。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”
这是旅行者2号拍摄的土星照片。

土星共有9条环带,环中有不计其数的小颗粒,其大小从微米到米都有,轨道成丛集的绕着土星运转。据探测,土星环的主要成分是冰的微粒和较少数的岩石残骸以及尘土构成的。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”
这是土星、土星环及其卫星模拟图

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

这些组图是土星及其星环,由“卡西尼”号拍摄,拍摄时距土星大约100至200万公里之间。

土星光环的结构复杂,千姿百态。光环环环相套,以至成千上万个,看上去更像一张硕大无比的密纹唱片上那一圈圈的螺旋纹路。所有的环都由大小不等的碎块颗粒组成,大小相差悬殊,大的可达几十米,小的不过几厘米或者更微小。它们外包一层冰壳,由于太阳光的照射,而形成了动人的明亮光环。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

迷人的土星环,图片源自NASA和维基百科。

土星环分成几个不同的部分,最明亮、最宽阔的是A环和B环,较暗的是C环。光环的各部分之间有明显的裂缝,最大裂缝的是A环和B环间的卡西尼(Cassini)裂缝,它是由Giovanni Cassini 在1657年发现的。A环内的恩克(Encke)环缝则是由Johann Encke于1837年发现的。人们还发现较宽的光环其实是由许多狭窄的小环组成的。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”
土星环的构成模拟图

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”
迷人的土星环

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”
土星环的B环“轮辐”特征

土星的卫星真不少,目前已经确认的卫星有62颗。在数量上,仅次于它的左邻“木星”(上一节我们的介绍中已经知道,木星目前已经确认的卫星数量有68颗,是已知太阳系行星中卫星最多的一个行星)

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

土星的卫星形态各种各样,按与土星距离由近及远排列为:土卫十、土卫一、土卫二、土卫三、土卫四、土卫五、土卫六、土卫七、土卫八、土卫九。其中最著名的当属——“土卫六”泰坦(Titan)了。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”
土星及其周围几个比较出名的卫星。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

这是美国“卡西尼”号太空探测器拍到的土卫五和土卫六照片。

土卫六是土星最大的卫星,也是太阳系中第二大的卫星,半径为2575千米,比我们上节介绍的太阳系最大的卫星——木星的木卫三小一些,木卫三半径为2632千米。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

土卫六也是太阳系中唯一已知有云和稠密大气的卫星。荷兰科学家惠更斯于1655年发现。它在一条椭圆形轨道上绕土星运行,公转周期差不多相当地球16天。土卫六被包裹在一层深红色的云雾内,其上有一层凝结甲烷的浓密云层。现在我们知道,它的大气的主要成分是甲烷、乙烷、乙炔(还可能有氮)等组成的,大气压在0.1到1个地球大气压之间。土卫六表面可能是冰,温度约125K。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

这是美国“卡西尼”号太空探测器拍到的土卫六照片,其上的大气层使得土卫六像一个模糊的桔红色的气球。

一些证据显示,土卫六球体表面大部分为一片广大的液态甲烷和乙烷构成的海洋所覆盖,并出现分布很广的液态甲烷和乙烷形成的河流。

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这是由美国宇航局“卡西尼号”探测飞船拍摄的土卫六图像,从图上可看到土卫六上面有大量的“湖泊群”存在。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

这是土卫六上(左侧)极地云层(甲烷)和地球上(右侧)极地云(水和水冰)比较图。

小调查,土卫六这样的大气环境,是不是有生命的存在?

土卫六是不是有生命存在? (单选)
可能有,目前科技未探索到。
不清楚


十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

这是美国“卡西尼”号太空探测器拍摄的土卫六系列图经过特殊效果制作而成的合成图。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

土卫六的整体合成图,关于土卫六的详细介绍,我们在以后的章节中再细说吧。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

这是根据“卡西尼”号拍摄的照片合成的土卫五(Rhea)的图像。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

这是美国“旅行者1号”1980年11月拍摄的图像合成的土星及其卫星(土卫四Dione、土卫三Tethys、土卫一Mimas、土卫二Enceladus、土卫五Rhea、土卫六Titan)的蒙太奇照,土卫八Iapetus未在图中显示。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

这是美国“卡西尼”号以独特视角拍摄到的土星和地球月亮之间的图像。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

这是美国“卡西尼”号以独特视角拍摄到的土星日食太阳的图像,土星环清晰可见。

下面,我们再认识一下土星的其它特征吧。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

土星主要由氢组成,还有少量的氦与微量元素。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。

对于拥有耀眼光芒的土星环的土星,天文爱好都争相目睹最美丽的奇观——“土星冲日”。土星冲日是指土星、地球、太阳三者依次排成一条直线,也就是土星与太阳黄经相差180度的现象,天文学上称为“土星冲日”。冲日前后土星距离地球最近,也最明亮。据介绍,这种天文现象每隔378天便会出现一次。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

二、探测过程

1973年4月,美国“先驱者11号”太空探测器发射,1979年9月1日飞临土星,“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。

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土星北极极光

旅行者号探测器是1977年美国发射的两颗行星探测器。两颗探测器原来名称为“水手计划”的“水手11号”和“水手12号”。“旅行者2号”和“旅行者1号”分别于1977年8月20日和9月5日发射升空。这两个姊妹探测器沿着两条不同的轨道飞行,担负探测太阳系外围行星的任务。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。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”

土星北极六角形云团合成图

卡西尼号(Cassini),是卡西尼—惠更斯号的一个组成部分。它是美国航空航天局、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。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。在经过6年8个月、35亿千米的漫长太空旅行之后,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”近距离地纵览了土星全貌,对土星和它众多的卫星进行了全面的考察,我们目前所看到的大部分近距离土星及其卫星的图像,大部分是卡西尼号的功劳。

十六、地球的“指环王”邻居——太阳系行星之“土星”
这是卡西尼号拍摄的土星北极独特六边形气候系统合成图

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