2004年7月1日，經(jīng)過七年漫長(zhǎng)的宇宙飛行，“卡西尼”號(hào)飛船到達(dá)了觀測(cè)神秘土星的軌道。土星有一個(gè)巨大而迷人的光環(huán)，那是由無數(shù)物質(zhì)碎片或冰塊組成的，里面包含著很多關(guān)于太陽系形成的信息；土星還擁有太陽系最大的衛(wèi)星泰坦，那里有濃厚的大氣，可能還有冰的海洋。過去人們以為遙遠(yuǎn)的土星就是太陽系的邊界，現(xiàn)在已經(jīng)可以到那里去做客。在人類敲響土星家門之前，我們先在這里初步認(rèn)識(shí)一下它吧。

旅行者1號(hào)拍攝的土星照片。透過環(huán)縫可以看到木星表面。位于左邊的亮點(diǎn)是土衛(wèi)四。
土星是太陽系大行星之一，按離太陽由近及遠(yuǎn)的次序?yàn)榈诹w，它還是太陽系第二大行星。中國(guó)古代稱土星為填星或鎮(zhèn)星。

在1781年發(fā)現(xiàn)天王星之前，人們?cè)J(rèn)為土星是離太陽最遠(yuǎn)的行星。在望遠(yuǎn)鏡中可以看到土星被一條美麗的光環(huán)圍繞。土星還有較多的衛(wèi)星，到1978年為止，已發(fā)現(xiàn)并證實(shí)的有10個(gè)，以后又陸續(xù)有人提出新的發(fā)現(xiàn)。

土星和它的衛(wèi)星

土星在很多方面像木星，如它與木星同屬于巨行星，它的體積是地球的745倍,質(zhì)量是地球的95.18倍。在太陽系九大行星中，土星的大小和質(zhì)量?jī)H次于木星，占第二位。它像木星一樣被色彩斑斕的云帶所繚繞，并被較多的衛(wèi)星所拱衛(wèi)。它由于快速自轉(zhuǎn)而呈扁球形。赤道半徑約為60,000公里。土星的平均密度只有0.70克/厘米立方米，是九大行星中密度最小的。如果把它放在水中，它會(huì)浮在水面上。土星的大半徑和低密度使其表面的重力加速度和地球表面相近。土星在沖日時(shí)的亮度可與天空中最亮的恒星相比。由于光環(huán)的平面與土星軌道面不重合，而且光環(huán)平面在繞日運(yùn)動(dòng)中方向保持不變，所以從地球上看，光環(huán)的視面積便不固定，從而使土星的視亮度也發(fā)生變化。當(dāng)土星光環(huán)有最大視面積時(shí),土星顯得亮一些；當(dāng)視線正好與光環(huán)平面重合時(shí)，光環(huán)便呈現(xiàn)為一條直線，土星就顯得暗些。二者之間的亮度大約相差3倍。見下圖：

土星繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道半徑約為14億公里，它的軌道是橢圓的。它同太陽的距離在近日點(diǎn)時(shí)和在遠(yuǎn)日點(diǎn)時(shí)相差約1 .5億公里。土星繞太陽公轉(zhuǎn)的平均速度約為每秒9.64公里，公轉(zhuǎn)一周約29.5年。土星也有四季，只是每一季的時(shí)間要長(zhǎng)達(dá)7年多，因?yàn)殡x太陽遙遠(yuǎn)，既使是夏季也十極其寒冷。土星自轉(zhuǎn)很快，但不同緯度自轉(zhuǎn)的速度卻不一樣，這種差別比木星還大。赤道上自轉(zhuǎn)周期是10小時(shí)14分，緯度60度處則變成10小時(shí)40分。這就是說在土星赤道上，一個(gè)晝夜只有10小時(shí)零14分。

土星大氣以氫、氦為主，并含有甲烷和其他氣體，大氣中飄浮著由稠密的氨晶體組成的云。從望遠(yuǎn)鏡中看去，這些云像木星的云一樣形成相互平行的條紋，但不如木星云帶那樣鮮艷，只是比木星云帶規(guī)則得多。土星云帶以金黃色為主，其余是桔黃色、淡黃色等。土星的表面同木星一樣，也是流體的。它赤道附近的氣流與自轉(zhuǎn)方向相同，速度可達(dá)每秒500米，比木星上的風(fēng)力要大得多。

土星極地附近呈綠色，是整個(gè)表面最暗的區(qū)域。根據(jù)紅外觀測(cè)得知，云頂溫度為-170℃，比木星低50℃。土星表面的溫度約為-140℃。土星表面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)白斑，最著名的白斑是1933年8月發(fā)現(xiàn)的，這塊白斑出現(xiàn)在赤道區(qū)，呈蛋形，長(zhǎng)度達(dá)到土星直徑的1/5。以后這個(gè)白斑不斷地?cái)U(kuò)大，幾乎蔓延到整個(gè)赤道帶。

由于這顆行星表面溫度較低而逃逸速度又大（35.6公里/秒）,使土星保留著幾十億年前它形成時(shí)所擁有的全部氫和氦。因此，科學(xué)家認(rèn)為，研究土星目前的成分就等于研究太陽系形成初期的原始成分，這對(duì)于了解太陽內(nèi)部活動(dòng)及其演化有很大幫助。一般認(rèn)為土星的化學(xué)組成像木星，不過氫的含量較少。土星上的甲烷含量比木星多，而氨的含量則比木星少。

1973年 4月美國(guó)發(fā)射的行星際探測(cè)器“先驅(qū)者”11號(hào)發(fā)現(xiàn)土星有一個(gè)由電離氫構(gòu)成的廣延電離層，其高層溫度約為977℃。觀測(cè)結(jié)果表明，土星極區(qū)有極光。

土星極光

目前認(rèn)為，土星形成時(shí)，起先是土物質(zhì)和冰物質(zhì)吸積，繼之是氣體積聚。因此，土星有一個(gè)直徑20，000公里的巖石核心。這個(gè)核占土星質(zhì)量的10%到20％，核外包圍著5，000公里厚的冰殼，再外面是8，000公里厚的金屬氫層，金屬氫之外是一個(gè)廣延的分子氫層。

1969年，一架飛機(jī)在地球大氣高層對(duì)土星的熱輻射作了紅外觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)土星和木星一樣，它輻射出的能量是它從太陽接收到的能量的兩倍。這表明土星和木星一樣有內(nèi)在能源。后來“先驅(qū)者”11號(hào)的紅外探測(cè)證實(shí)了這一點(diǎn)，測(cè)得土星發(fā)出的能量是從太陽吸收到的2.5倍。

1610年，意大利天文學(xué)家伽利略觀測(cè)到在土星的球狀本體旁有奇怪的附屬物。1659年，荷蘭學(xué)者惠更斯證認(rèn)出這是離開本體的光環(huán)。1675年意大利天文學(xué)家卡西尼,發(fā)現(xiàn)土星光環(huán)中間有一條暗縫,后稱卡西尼環(huán)縫。他還猜測(cè)，光環(huán)是由無數(shù)小顆粒構(gòu)成。兩個(gè)多世紀(jì)后的分光觀測(cè)證實(shí)了他的猜測(cè)。但在這二百年間，土星環(huán)通常被看作是一個(gè)或幾個(gè)扁平的固體物質(zhì)盤。直到1856年，英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋從理論上論證了土星環(huán)是無數(shù)個(gè)小衛(wèi)星在土星赤道面上繞土星旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)系統(tǒng)。(注）

土星環(huán)位于土星的赤道面上。在空間探測(cè)以前，從地面觀測(cè)得知土星環(huán)有五個(gè),其中包括三個(gè)主環(huán)(A環(huán)、B環(huán)、C環(huán))和兩個(gè)暗環(huán)（D環(huán)、E環(huán)）。B環(huán)既寬又亮，它的內(nèi)側(cè)是C環(huán)，外側(cè)是A環(huán)。A環(huán)和B環(huán)之間為寬約5，000公里的卡西尼縫，它是天文學(xué)家卡西尼在1675年發(fā)現(xiàn)的。B環(huán)的內(nèi)半徑 91，500公里，外半徑116，500公里，寬度是25，000公里，可以并排安放兩個(gè)地球。A環(huán)的內(nèi)半徑121，500公里，外半徑137，000公里，寬度15，500公里。C環(huán)很暗，它從B環(huán)的內(nèi)邊緣一直延伸到離土星表面只有12，000公里處，寬度約19，000公里。1969年在C環(huán)內(nèi)側(cè)發(fā)現(xiàn)了更暗的D環(huán)，它幾乎觸及土星表面。在A環(huán)外側(cè)還有一個(gè)E環(huán)，由非常稀疏的物質(zhì)碎片構(gòu)成，延伸在五、六個(gè)土星半徑以外。1979年9月，“先驅(qū)者” 11號(hào)探測(cè)到兩個(gè)新環(huán)──F環(huán)和G環(huán)。F環(huán)很窄，寬度不到800公里，離土星中心的距離為2.33個(gè)土星半徑，正好在A環(huán)的外側(cè)。G環(huán)離土星很遠(yuǎn)，展布在離土星中心大約10～15個(gè)土星半徑間的廣闊地帶?！跋闰?qū)者”11號(hào)還測(cè)定了A環(huán)、B環(huán)、C環(huán)和卡西尼縫的位置、寬度，其結(jié)果同地面觀測(cè)相差不大?！跋闰?qū)者”11號(hào)的紫外輝光觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在土星的可見環(huán)周圍有巨大的氫云。環(huán)本身是氫云的源。

除了A環(huán)、B環(huán)、C 環(huán)以外的其他環(huán)都很暗弱。土星的赤道面與軌道面的傾角較大，從地球上看，土星呈現(xiàn)出南北方向的擺動(dòng)，這就造成了土星環(huán)形狀的周期變化。仔細(xì)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，土星環(huán)內(nèi)除卡西尼縫以外，還有若干條縫，它們是質(zhì)點(diǎn)密度較小的區(qū)域，但大多不完整且具有暫時(shí)性。只有A環(huán)中的恩克縫是永久性的，不過，環(huán)縫也不完整?？茖W(xué)家認(rèn)為這些環(huán)縫都是土星衛(wèi)星的引力共振造成的，猶如木星的巨大引力攝動(dòng)造成小行星帶中的柯克伍德縫一樣?！跋闰?qū)者”11號(hào)在A環(huán)與F環(huán)之間發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的環(huán)縫，稱為“先驅(qū)者縫”，還測(cè)得恩克縫的寬度為876公里。由觀測(cè)闡明土星環(huán)的本質(zhì)，要?dú)w功于美國(guó)天文學(xué)家基勒，他在1895年從土星環(huán)的反射光的多普勒頻移發(fā)現(xiàn)土星環(huán)不是固體盤，而是以獨(dú)立軌道繞土星旋轉(zhuǎn)的大群質(zhì)點(diǎn)。土星環(huán)掩星并沒有把被掩的星光完全擋住，這也說明土星環(huán)是由分離質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的。1972年從土星環(huán)反射的雷達(dá)回波得知，環(huán)的質(zhì)點(diǎn)是直徑介于4到30厘米之間的冰塊。     

土星環(huán)細(xì)部的模擬圖像
注：

行星環(huán)的形成

圍繞行星運(yùn)轉(zhuǎn)的物質(zhì)環(huán)，由許多小物體構(gòu)成，因反射太陽光而發(fā)亮，又稱光環(huán)。十七世紀(jì)發(fā)現(xiàn)土星環(huán)以來，人們一直以為唯獨(dú)土星有環(huán)。20世紀(jì)70年代后期天王星環(huán)和木星環(huán)的相繼發(fā)現(xiàn)，打破了這種觀念，并為研究太陽系起源和演化提供了新的信息。目前認(rèn)為行星環(huán)的可能成因有三：1、由于衛(wèi)星進(jìn)入行星的洛希極限內(nèi)為行星的起潮力所瓦解；2、太陽系演化初期殘留下來的某些原始物質(zhì)，因在洛希極限內(nèi)繞行星公轉(zhuǎn)而無法凝聚成衛(wèi)星；3、位于洛希極限內(nèi)的一個(gè)或更多的較大天體被流星轟擊成碎片，構(gòu)成行星環(huán)。一般說來，大多數(shù)行星環(huán)中的物質(zhì)在行星的洛希極限內(nèi)繞行星本體運(yùn)轉(zhuǎn)；最近發(fā)現(xiàn)，有的較外層的環(huán)可以分布在洛希極限外很遠(yuǎn)的地方，對(duì)于這些環(huán)的形成原因還有待研究。

洛希極限

在討論衛(wèi)星的形狀理論中，若把衛(wèi)星看成質(zhì)量很小（相對(duì)行星而言）的流體團(tuán)，就成為流體在行星引力作用下的形狀問題。因行星引力很大，當(dāng)衛(wèi)星離行星很近時(shí)，潮汐作用會(huì)使衛(wèi)星的形狀變成細(xì)長(zhǎng)的橢圓。當(dāng)距離近到一定程度時(shí)，潮汐作用就會(huì)使流體團(tuán)解體分散。這個(gè)使衛(wèi)星解體的距離的極限值是由法國(guó)天文學(xué)家洛希首先求得的，因此稱為洛希極限。
土星環(huán)中心到土星中心的距離為2.31個(gè)土星半徑。若土星環(huán)的密度與土星相同，則這個(gè)距離小于洛希極限，因此解體分散，不能形成一個(gè)衛(wèi)星。

下面是一些土星圖片

上兩張是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的土星照片

旅行者1號(hào)距離72萬公里拍攝的環(huán)局部

旅行者2號(hào)距離400萬公里拍攝的土星環(huán)局部照片?？梢钥吹江h(huán)內(nèi)的層次非常多。

探測(cè)器距離土星285萬公里處拍攝的圖片。左上的天體是土星最大的衛(wèi)星-土衛(wèi)六。

1980年11月5日旅行者1號(hào)拍攝的土星北半球局部圖片。顯示了大氣對(duì)流所產(chǎn)生的云帶

土星北極區(qū)域云層圖像?？梢妰蓚€(gè)類似地球臺(tái)風(fēng)的圓形旋轉(zhuǎn)氣流結(jié)構(gòu)。

土星巨大的陰影投在環(huán)上。照片顯示了環(huán)的半透明性。

土星云圖。其中暗色卵形區(qū)域直徑約4000公里，風(fēng)速約每小時(shí)150公里。

旅行者2號(hào)拍攝的圖片?？梢钥吹江h(huán)投在土星表面的陰影。圖像左邊中緯度地方的白色區(qū)域是一個(gè)風(fēng)暴區(qū)。

局部風(fēng)渦

這是哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的土星圖片。上圖中最大的衛(wèi)星土衛(wèi)六將影子投在土星上。右邊四個(gè)衛(wèi)星從左到右為土衛(wèi)一、土衛(wèi)三、土衛(wèi)十和土衛(wèi)二。在環(huán)的兩端上還隱約可以看到兩顆小衛(wèi)星，左邊的是土衛(wèi)十七，右邊是土衛(wèi)十六。陽光還將環(huán)的影子投到了土星上。圖片顯示出土星環(huán)非常之薄。下圖左邊的衛(wèi)星是土衛(wèi)三，右邊是土衛(wèi)四。土衛(wèi)四的陰影恰好投在環(huán)上。

旅行者1號(hào)于1980年11月3日距離土星1千3百萬公里拍攝的土星及衛(wèi)星?？可线叺氖峭列l(wèi)三，下邊的是土衛(wèi)四。PIA00024。衛(wèi)星的投影在土星面上，環(huán)的明暗也非常清楚。

旅行者2號(hào)1981年8月拍攝的土星和它的四個(gè)衛(wèi)星，從上到下為土衛(wèi)一、土衛(wèi)三、土衛(wèi)四和土衛(wèi)五。其中土衛(wèi)三的影子投射在土星的南半球。

大氣結(jié)構(gòu)

土星環(huán)局部

不同時(shí)間拍攝到的土星和它的小衛(wèi)星

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡于1994年12月1日和1995年5月22日拍攝的土星圖像，可以看出因旋轉(zhuǎn)角度產(chǎn)生的環(huán)的視面變化。其中下圖可見土星的兩顆衛(wèi)星，左邊的是土衛(wèi)三，右邊的是土衛(wèi)四。
土星的衛(wèi)星至少有18個(gè)，其中9個(gè)是1900年以前發(fā)現(xiàn)的。土衛(wèi)一到土衛(wèi)十按距離土星由近到遠(yuǎn)排列為：土衛(wèi)十、土衛(wèi)一、土衛(wèi)二、土衛(wèi)三、土衛(wèi)四、土衛(wèi)五、土衛(wèi)六、土衛(wèi)七、土衛(wèi)八、土衛(wèi)九。土衛(wèi)十離土星的距離只有159,500公里,僅為土星赤道半徑的2.66倍，已接近洛希極限。這些衛(wèi)星在土星赤道平面附近以近圓軌道繞土星轉(zhuǎn)動(dòng)。

土衛(wèi)一是土星8個(gè)大的、形狀規(guī)則的衛(wèi)星中最小且最靠近土星的一個(gè)。直徑392公里，與土星平均距離約185520公里。軌道近圓形。公轉(zhuǎn)周期為23小時(shí)，正好是土衛(wèi)三公轉(zhuǎn)周期的一半，所以，這兩顆衛(wèi)星總是在土星的同一側(cè)相遇。這種現(xiàn)象叫軌道共振態(tài)，原因還不清楚。土衛(wèi)一的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)同步，所以它總是以同一半球朝向土星。這一點(diǎn)類同月球與地球的關(guān)系。土衛(wèi)一的平均密度僅為水的1.2倍，其表面有凍冰的特征。根據(jù)這些理由，可以認(rèn)為，土衛(wèi)一的主要成分是冰。它的表面明亮，布滿碗形的深隕石坑。隕石坑深度大，是因?yàn)楸砻嬷亓π〉木壒?。土衛(wèi)一上最引人注目的表面結(jié)構(gòu)是一個(gè)直徑130公里的環(huán)形山，它位于朝向土星一面的半球中央。山壁高5千米，底深10公里，中央有一座長(zhǎng)6千米的山峰。這是太陽系中已發(fā)現(xiàn)的、整體最大的隕擊結(jié)構(gòu)。

土衛(wèi)二是土星的第三顆大衛(wèi)星。在美國(guó)行星探測(cè)器“旅行者”2號(hào)于1981年從這一天體附近飛過以前，人們除知道它的軌道外，其他一無所知。在探測(cè)器靠近到87140公里處，發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)二有復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。觀測(cè)表明，土衛(wèi)二已經(jīng)歷了5個(gè)不同的演化時(shí)期。幾個(gè)無環(huán)形山區(qū)域的年齡不超過1億年。由于這一時(shí)段只占土衛(wèi)二整個(gè)壽命的2%，似乎可以認(rèn)為它還是一顆仍處于“活動(dòng)期”的衛(wèi)星。繼續(xù)進(jìn)行這種地質(zhì)活動(dòng)的能量可能來自土星和土衛(wèi)四的起潮力。土衛(wèi)二的直徑為500公里，以圓形軌道環(huán)繞土星公轉(zhuǎn)，和土星的平均距離為238020公里。平均密度只比水大10%，說明它的成分有一半或更多是冰。在土星的衛(wèi)星中，土衛(wèi)二的密度是最低的。它的反照率達(dá)100%，雖有環(huán)形山和崎嶇的原野，但基本上是平坦的。

土衛(wèi)三的主要成分是純水冰。它的直徑1060公里，在離土星294660公里處環(huán)繞土星運(yùn)行。土衛(wèi)三有兩個(gè)值得注意的特征：一是有一條長(zhǎng)達(dá)整個(gè)星球周長(zhǎng)四分之三，占了整個(gè)表面5%到10%的大裂縫。據(jù)推測(cè)，大裂縫是衛(wèi)星內(nèi)部的水的凍結(jié)膨脹造成的；一是有一個(gè)直徑400公里的環(huán)形山及內(nèi)部巨大的中央峰。

土衛(wèi)四的直徑為1120公里，在平均距離為377400公里的近圓軌道上繞土星順行。它66小時(shí)左右公轉(zhuǎn)一周，正好是土衛(wèi)二公轉(zhuǎn)周期的2倍，估計(jì)是由于土衛(wèi)二的潮汐熱能所致。由于潮汐摩擦，土衛(wèi)四的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)同步，也總是以同一面對(duì)著土星。土衛(wèi)四的表面亮度差別頗大，面朝軌道運(yùn)行方向的前半面通常比后半面亮。但平均起來說，土衛(wèi)四的反照率是很高的。據(jù)此猜測(cè)，它的表面由大量的冰構(gòu)成。衛(wèi)星密度是水的1.4倍，估計(jì)它由約40%的巖石與60%的冰構(gòu)成。在這顆衛(wèi)星上顯然曾發(fā)生過大量冰溶化和地殼表面再造活動(dòng)，因而同其他土星衛(wèi)星相比，表面上環(huán)形山較少。大多數(shù)環(huán)形山都在朝軌道運(yùn)動(dòng)的亮面上。較暗的后半面則被許多形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的亮紋所割裂。其中有些是呈線狀的槽溝和山脊。這些亮紋被解釋為可能是由于揮發(fā)性物質(zhì)從土衛(wèi)四內(nèi)部沿線狀裂縫冒出并重新凝結(jié)而成的。盡管在土衛(wèi)四背面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中央附近也有大碰撞的跡象，但對(duì)土衛(wèi)四表面為什么有這種明顯的不對(duì)稱性迄今仍不清楚。

土衛(wèi)五的直徑為1530公里，在平均距離為527040公里的近圓軌道上繞土星順行。密度是水的1.3倍，因此，一般認(rèn)為它主要是由冰構(gòu)成的。紅外光譜也顯示其表面主要由霜構(gòu)成。土衛(wèi)五表面的反照率較高，但在不同區(qū)域有很大差別。同大多數(shù)土星的衛(wèi)星一樣，土衛(wèi)五的自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)也是同步的，因而也總是以同一面對(duì)著土星。同土衛(wèi)四一樣，土衛(wèi)五朝軌道運(yùn)行方向的前半面既亮又多隕石坑，而后半面則較暗，而且上面只有一些亮紋和少量的隕石坑以及一些表面再造的跡象。盡管在土衛(wèi)五的表面冰多于石，多隕石坑的一面卻很像水星和月球上的那些密布隕石坑的高地。在土星系中，表面隕石坑最多的就是土衛(wèi)五。在溫度極低的情況下，冰與巖石顯然有相似的力學(xué)性質(zhì)。在隕石坑少的那一面，可看到亮的，呈線狀或折線狀的條紋，它們可能是大規(guī)模表面再造和一些揮發(fā)性物質(zhì)（如水或甲烷氣體）從裂縫里大量冒出的結(jié)果。隕石坑中的亮斑也可能是這種情況造成的。

土衛(wèi)六是土星最大的衛(wèi)星，也是太陽系中唯一已知有云和稠密大氣的衛(wèi)星。荷蘭科學(xué)家惠更斯于1655年發(fā)現(xiàn)。土衛(wèi)六的實(shí)體直徑為5150公里，僅次于木衛(wèi)三，是太陽系第二大衛(wèi)星。它在一條橢圓形軌道上繞土星運(yùn)行，公轉(zhuǎn)周期差不多相當(dāng)?shù)厍?6天。一般認(rèn)為它公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)同步，所以總是以一面對(duì)著土星。整體密度為每立方厘米1.881克，說明它內(nèi)部是巖石和結(jié)冰物質(zhì)的混合物，結(jié)冰物質(zhì)可能含有固態(tài)的氨和甲烷以及固態(tài)的水。土衛(wèi)六表面溫度和大氣壓是“旅行者”1號(hào)探測(cè)器于1981年測(cè)到的，溫度為零下179度（正負(fù)差2度），大氣壓約1.6巴，（相當(dāng)于1.6倍地球表面大氣壓）。土衛(wèi)六的大氣成分主要是氮（和地球相似），還有甲烷、氫、一氧化碳和二氧化碳等，還包括一些有機(jī)氣體，如乙烷、乙炔等。土衛(wèi)六被包裹在一層深紅色的煙霧內(nèi)，這層煙霧很可能是一種更復(fù)雜的有機(jī)固體所形成的氣懸膠，經(jīng)由大氣層緩慢沉降而堆積在表面上。在土衛(wèi)六整個(gè)演化史所形成的量（主要由落在氨和甲烷大氣上的太陽紫外光造成）約相當(dāng)于覆蓋表面深達(dá)至少幾百米的一有機(jī)連續(xù)層。在球面之上和大部分不透光的有機(jī)煙霧之下，有一層凝結(jié)甲烷的濃密云層。有些證據(jù)顯示，球體表面大部分為一片廣大的液態(tài)甲烷和乙烷構(gòu)成的海洋所覆蓋。地球作為各種類型有機(jī)分子的深凍貯藏所，導(dǎo)致40億年前在地球上出現(xiàn)了生命，而太陽系內(nèi)可能有生命的場(chǎng)所是在液態(tài)碳?xì)浜Ｑ髢?nèi)，所以，土衛(wèi)六在未來的空間探測(cè)中無疑是一個(gè)重點(diǎn)目標(biāo)。

土衛(wèi)七是土星一顆較小的衛(wèi)星，它每23.3天繞土星一周，距土星1481000公里，位于土衛(wèi)六和土衛(wèi)八軌道之間。它是外形不規(guī)則的天體，其大小為410公里×260公里×22公里。具有較高的反照率（30%），這說明它表面為冰霜所覆蓋。

土衛(wèi)八是土星衛(wèi)星系統(tǒng)中的一個(gè)外圍衛(wèi)星，以其表象而顯異常。法國(guó)天文學(xué)家卡西尼1671年發(fā)現(xiàn)。土衛(wèi)八以79.33個(gè)地球日環(huán)土星一周，與土星的距離為3561000公里。半徑730公里左右，整體密度1.16。一個(gè)具有如此小的密度的固態(tài)天體只能是主要由冰組成。已觀測(cè)出土衛(wèi)八的自轉(zhuǎn)周期等于其公轉(zhuǎn)期，這和月球的情況一樣。土衛(wèi)八的固態(tài)表面受近距的其他大行星的引力作用也出現(xiàn)潮汐。其結(jié)果是土衛(wèi)八的一面在其軌道運(yùn)動(dòng)中總是朝前，而另一面總是后隨。朝前的半球只反射出照射其上的日光的一小部分而顯得特別黑暗，而后隨的半球卻是一個(gè)比朝前的半球亮10倍的良好反射體。在太陽系所有天體中，它是亮度變化幅度最大的一個(gè)?！奥眯姓摺碧?hào)探測(cè)器在朝前的半球上發(fā)現(xiàn)有隕擊的環(huán)形坑，但在后隨的半球上沒有。明亮的后隨半球的表面物質(zhì)中，可以肯定的是有水冰，不太肯定的是甲烷和其他的冰的混合物。朝前半球表面上的黑暗物質(zhì)被認(rèn)為是有機(jī)分子化合物，或許來自土星最外圍的衛(wèi)星——土衛(wèi)九，或許是太陽紫外輻射冰中的甲烷而就地形成的。若是后面一種方式，甲烷冰的快速蒸發(fā)，以及受微隕石的轟擊將表面物質(zhì)從朝前半球彈道式傳輸?shù)搅撕箅S半球，這或許可以解釋前后兩半球的亮度不對(duì)稱性。

土衛(wèi)九直徑約220公里，距離土星平均距離約為12952000。是已知土星衛(wèi)星中距土星最遠(yuǎn)的一個(gè)。軌道偏心率很大，同土星環(huán)面的傾角也很大。它是一顆規(guī)則衛(wèi)星，但為逆行。在土衛(wèi)一至土衛(wèi)十這10顆土星衛(wèi)星中，土衛(wèi)九是唯一的逆行衛(wèi)星，它繞土星的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和土星繞太陽的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。因此，土衛(wèi)九可能是一顆被俘獲的像小行星那樣的天體，而不是土星原來固有的衛(wèi)星。

土衛(wèi)十是一個(gè)不規(guī)則形狀的小衛(wèi)星，它和土衛(wèi)十一使用兩條距離只有五十公里的軌道環(huán)繞土星運(yùn)行，當(dāng)它們非常接近時(shí)，便會(huì)交換軌道，較外的轉(zhuǎn)到較內(nèi)，較內(nèi)的轉(zhuǎn)到較外，這情況每四年發(fā)生一次。目前，這是一個(gè)罕見的情況，“卡西尼”號(hào)探測(cè)器到達(dá)土星后將會(huì)查明原因。由于土衛(wèi)十的表面受了很多大大小小的撞擊，因此相信它的表面有數(shù)十億年的歷史。

土衛(wèi)一至土衛(wèi)九大小比較

1675年，一位叫卡西尼的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)土星環(huán)中間有一道縫隙，這道縫隙后被命名為“卡西尼縫”。他還猜測(cè)土星環(huán)是由無數(shù)小顆粒構(gòu)成的，而當(dāng)時(shí)人們都認(rèn)為那是一個(gè)固體物質(zhì)盤。300多年后的今天，一艘以他的名字命名的飛船圓滿完成了人類探測(cè)土星的任務(wù)。

1997年10月15日，20世紀(jì)最大的行星探測(cè)器“卡西尼”號(hào)飛船攜帶探測(cè)器“惠更斯”由大力神4B運(yùn)載火箭從肯尼迪航天中心發(fā)射成功，從此踏上耗時(shí)七年長(zhǎng)達(dá)32億公里的土星之旅。探測(cè)器直徑約27米，總重6噸多，由軌道器和“惠更斯”探測(cè)器組成。它的主要任務(wù)是，對(duì)土星、土星光環(huán)及土星的衛(wèi)星，尤其是其中的土衛(wèi)6進(jìn)行空間探測(cè)。

發(fā)射成功

“卡西尼”軌道器重2150公斤，重350公斤的“惠更斯”子探測(cè)器安裝在它的側(cè)面。探測(cè)器載有3100公斤的推進(jìn)劑。由于土星距地球比木星距地球還遠(yuǎn)，探測(cè)器任務(wù)又極為復(fù)雜，所以對(duì)軌道器設(shè)計(jì)提出了很高的要求，超過“伽利略”探測(cè)器，而成為最復(fù)雜的“神探”。從1990年開始研制，到2008年“卡西尼”完成任務(wù)壽終正寢，這項(xiàng)計(jì)劃總開支約34億美元。探測(cè)器是國(guó)際合作的結(jié)晶，其中“卡西尼”軌道器由美國(guó)建造、“惠更斯”號(hào)探測(cè)器由歐洲太空總署提供，“卡西尼”號(hào)的碟狀高增益天線由意大利天文總署制造。

由于土星距太陽很遙遠(yuǎn)，所以僅用太陽能電池陣提供能源是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，為此，與“伽利略”木星探測(cè)器一樣，“卡西尼”土星探測(cè)器載有3臺(tái)钚放射性同位素?zé)岚l(fā)電器提供電力，這種發(fā)電器靠钚自然衰變發(fā)出的熱量來產(chǎn)生直流電，它的工作壽命很長(zhǎng)，到“卡西尼”完成使命時(shí)，還能發(fā)生628瓦的電力。

“卡西尼”軌道器上載有12臺(tái)科學(xué)探測(cè)儀器，子探測(cè)器攜帶6臺(tái)科學(xué)儀器，其重量之大，即使用目前推力最大的商用火箭大力神4B，也無法使這一龐然大物加速至可以直飛土星的速度。因此它只能通過多次借力飛行，利用金星、木星等的引力來完成這次“長(zhǎng)征”?！翱ㄎ髂帷?997年10月15日升空后，將要花費(fèi)7年時(shí)間，飛越32億公里，于2004年7月才能抵達(dá)土星。屆時(shí)，探測(cè)器上的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火使探測(cè)器進(jìn)入土星軌道開始對(duì)土星光環(huán)和包括“土衛(wèi)六”在內(nèi)的土星衛(wèi)星家族進(jìn)行為期４年的深入探測(cè)。同年11月15日所攜帶的“惠更斯”子探測(cè)器被釋放出去，并于12月16日進(jìn)入土星最大的衛(wèi)星（土衛(wèi)六）進(jìn)行探測(cè)。軌道器的工作壽命為4年。在繞土星飛行的過程中，它還將飛越土衛(wèi)六數(shù)十次，有些飛越離該衛(wèi)星的距離僅有850～950公里。

火箭大力神4B

借力飛行示意圖
最后，2005年1月14日，“惠更斯”將降到太陽系中最大的衛(wèi)星-土衛(wèi)六的表面。當(dāng)它沖入土衛(wèi)六稠密的大氣層時(shí)，速度達(dá)到7倍音速，并產(chǎn)生大量的熱。下降過程中，探測(cè)器的電池將提供約153分鐘的能源，各種儀器全部打開。下降過程將至少拍攝1100張圖像。此期間所得到的數(shù)據(jù)和圖象，用無線電信號(hào)即時(shí)傳送給軌道上的“卡西尼”號(hào)飛船，然后再傳回地球。人們希望知道，土衛(wèi)六的表面，是一片汪洋，還是堅(jiān)實(shí)的土地，或者有山有水甚至有生命。

2002年10月，“卡西尼”號(hào)在征途中成功拍攝了首幅土星照片。當(dāng)時(shí)它距土星2.85億公里，大約相當(dāng)于太陽和地球之間兩倍的距離。照片顯示，土星的巨大陰影覆蓋著部分土星光環(huán)，照片同時(shí)還將土星最大的衛(wèi)星-土衛(wèi)六（泰坦）攝入其中。

卡西尼探測(cè)器到達(dá)目的地后，將向人類展示前所未見的土星風(fēng)貌，它發(fā)回地球的數(shù)據(jù)總量將能刻滿數(shù)百?gòu)埞獗P。目前“卡西尼”號(hào)運(yùn)行情況良好。

技術(shù)人員在細(xì)心組裝卡西尼探測(cè)器

這是惠更斯子探測(cè)器。金黃色的大圓形是隔熱盾。進(jìn)入土衛(wèi)六打開降落后，它將被拋掉。

將惠更斯與卡西尼接到一起

運(yùn)出組裝車間，前往發(fā)射塔。

整流罩安裝完畢

安裝在運(yùn)載火箭上

探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖

記錄著數(shù)十個(gè)國(guó)家科學(xué)家、名人簽名的DVD盤放入探測(cè)器。2008年探測(cè)器完成使命后，它們將永遠(yuǎn)地駐留在土星軌道上。

探測(cè)器到達(dá)土星軌道想象圖