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地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

 天童老僧 2016-11-15

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從上一節(jié)的介紹中,我們了解了太陽系八大行星之一的“木星”,也就是我們地球的一個“個大體重”的大鄰居。接下來,讓我們一起了解下地球的另一個帶著“光環(huán)”的遠鄰——“土星”吧……

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

土 星

一、土星在太陽系中的地位與特征

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

土星,英文名稱Saturn,是太陽系“八大行星”中距離太陽由近至遠的第六顆行星,土星最明顯的特征是帶著閃耀的“光環(huán)”。在體積大小上,僅次于木星,在太陽系中排第二。上一節(jié)也提到,土星、木星、天王星、海王星同屬類木行星,也稱為氣體行星,這說明土星和木星一樣,也是一個巨型氣體行星。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

土星在歐洲古代稱之為“克洛諾斯星”,并以羅馬神的農(nóng)神“薩杜恩”來命名。而在古代中國,則稱之為“鎮(zhèn)星”或“填星”。

土星以平均每秒9.64公里的速度斜著身子繞太陽公轉,其軌道半徑約為14億公里,公轉速度較慢,繞太陽一周需29.53216地球年??墒撬淖赞D速度很快,自轉周期為10.546小時。由于快速自轉,使得它的形狀壓迫變扁,是太陽系行星中形狀最扁的一個。

土星質(zhì)量為地球的95.159倍,約為5.6836×10^26千克。土星的體積是地球的763.59倍,平均半徑約是地球的9倍,但平均密度僅是地球的八分之一,僅有0.687克/立方厘米,比水還輕。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

這就是土星和地球的大小比較圖。(土星和地球兩者體積相差763.59倍)

土星最迷人的特征就是有一個明顯的行星環(huán),稱為“土星環(huán)或土星光環(huán)”(當然木星也有,但不如木星明顯),這個土星光環(huán),被人們贊譽為“指環(huán)王”一點也不為過。土星環(huán)可以在地面通過天文望遠鏡直接觀測到,土星整體外表猶如一頂“草帽”,而土星環(huán)好像很寬的“帽沿”,使得它成為群星中最美麗的一顆,令天文愛好者們贊嘆不已。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”
這是旅行者2號拍攝的土星照片。

土星共有9條環(huán)帶,環(huán)中有不計其數(shù)的小顆粒,其大小從微米到米都有,軌道成叢集的繞著土星運轉。據(jù)探測,土星環(huán)的主要成分是冰的微粒和較少數(shù)的巖石殘骸以及塵土構成的。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”
這是土星、土星環(huán)及其衛(wèi)星模擬圖

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

這些組圖是土星及其星環(huán),由“卡西尼”號拍攝,拍攝時距土星大約100至200萬公里之間。

土星光環(huán)的結構復雜,千姿百態(tài)。光環(huán)環(huán)環(huán)相套,以至成千上萬個,看上去更像一張碩大無比的密紋唱片上那一圈圈的螺旋紋路。所有的環(huán)都由大小不等的碎塊顆粒組成,大小相差懸殊,大的可達幾十米,小的不過幾厘米或者更微小。它們外包一層冰殼,由于太陽光的照射,而形成了動人的明亮光環(huán)。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

迷人的土星環(huán),圖片源自NASA和維基百科。

土星環(huán)分成幾個不同的部分,最明亮、最寬闊的是A環(huán)和B環(huán),較暗的是C環(huán)。光環(huán)的各部分之間有明顯的裂縫,最大裂縫的是A環(huán)和B環(huán)間的卡西尼(Cassini)裂縫,它是由Giovanni Cassini 在1657年發(fā)現(xiàn)的。A環(huán)內(nèi)的恩克(Encke)環(huán)縫則是由Johann Encke于1837年發(fā)現(xiàn)的。人們還發(fā)現(xiàn)較寬的光環(huán)其實是由許多狹窄的小環(huán)組成的。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”
土星環(huán)的構成模擬圖

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”
迷人的土星環(huán)

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”
土星環(huán)的B環(huán)“輪輻”特征

土星的衛(wèi)星真不少,目前已經(jīng)確認的衛(wèi)星有62顆。在數(shù)量上,僅次于它的左鄰“木星”(上一節(jié)我們的介紹中已經(jīng)知道,木星目前已經(jīng)確認的衛(wèi)星數(shù)量有68顆,是已知太陽系行星中衛(wèi)星最多的一個行星)

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

土星的衛(wèi)星形態(tài)各種各樣,按與土星距離由近及遠排列為: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。其中最著名的當屬——“土衛(wèi)六”泰坦(Titan)了。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”
土星及其周圍幾個比較出名的衛(wèi)星。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

這是美國“卡西尼”號太空探測器拍到的土衛(wèi)五和土衛(wèi)六照片。

土衛(wèi)六是土星最大的衛(wèi)星,也是太陽系中第二大的衛(wèi)星,半徑為2575千米,比我們上節(jié)介紹的太陽系最大的衛(wèi)星——木星的木衛(wèi)三小一些,木衛(wèi)三半徑為2632千米。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

土衛(wèi)六也是太陽系中唯一已知有云和稠密大氣的衛(wèi)星。荷蘭科學家惠更斯于1655年發(fā)現(xiàn)。它在一條橢圓形軌道上繞土星運行,公轉周期差不多相當?shù)厍?6天。土衛(wèi)六被包裹在一層深紅色的云霧內(nèi),其上有一層凝結甲烷的濃密云層。現(xiàn)在我們知道,它的大氣的主要成分是甲烷、乙烷、乙炔(還可能有氮)等組成的,大氣壓在0.1到1個地球大氣壓之間。土衛(wèi)六表面可能是冰,溫度約125K。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

這是美國“卡西尼”號太空探測器拍到的土衛(wèi)六照片,其上的大氣層使得土衛(wèi)六像一個模糊的桔紅色的氣球。

一些證據(jù)顯示,土衛(wèi)六球體表面大部分為一片廣大的液態(tài)甲烷和乙烷構成的海洋所覆蓋,并出現(xiàn)分布很廣的液態(tài)甲烷和乙烷形成的河流。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

這是由美國宇航局“卡西尼號”探測飛船拍攝的土衛(wèi)六圖像,從圖上可看到土衛(wèi)六上面有大量的“湖泊群”存在。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

這是土衛(wèi)六上(左側)極地云層(甲烷)和地球上(右側)極地云(水和水冰)比較圖。

小調(diào)查,土衛(wèi)六這樣的大氣環(huán)境,是不是有生命的存在?

土衛(wèi)六是不是有生命存在? (單選)
可能有,目前科技未探索到。
不清楚


十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

這是美國“卡西尼”號太空探測器拍攝的土衛(wèi)六系列圖經(jīng)過特殊效果制作而成的合成圖。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

土衛(wèi)六的整體合成圖,關于土衛(wèi)六的詳細介紹,我們在以后的章節(jié)中再細說吧。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

這是根據(jù)“卡西尼”號拍攝的照片合成的土衛(wèi)五(Rhea)的圖像。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

這是美國“旅行者1號”1980年11月拍攝的圖像合成的土星及其衛(wèi)星(土衛(wèi)四Dione、土衛(wèi)三Tethys、土衛(wèi)一Mimas、土衛(wèi)二Enceladus、土衛(wèi)五Rhea、土衛(wèi)六Titan)的蒙太奇照,土衛(wèi)八Iapetus未在圖中顯示。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

這是美國“卡西尼”號以獨特視角拍攝到的土星和地球月亮之間的圖像。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

這是美國“卡西尼”號以獨特視角拍攝到的土星日食太陽的圖像,土星環(huán)清晰可見。

下面,我們再認識一下土星的其它特征吧。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

土星主要由氫組成,還有少量的氦與微量元素。內(nèi)部的核心包括巖石和冰,外圍由數(shù)層金屬氫和氣體包裹著。最外層的大氣層在外觀上通常情況下都是平淡的,雖然有時會有長時間存在的特征出現(xiàn)。土星的風速高達1800公里/時,明顯的比木星上的風速快。土星的行星磁場強度介于地球和更強的木星之間。

對于擁有耀眼光芒的土星環(huán)的土星,天文愛好都爭相目睹最美麗的奇觀——“土星沖日”。土星沖日是指土星、地球、太陽三者依次排成一條直線,也就是土星與太陽黃經(jīng)相差180度的現(xiàn)象,天文學上稱為“土星沖日”。沖日前后土星距離地球最近,也最明亮。據(jù)介紹,這種天文現(xiàn)象每隔378天便會出現(xiàn)一次。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

二、探測過程

1973年4月,美國“先驅者11號”太空探測器發(fā)射,1979年9月1日飛臨土星,“先驅者11號”發(fā)現(xiàn),土星有一個由電離氫構成的廣延電離層,其高層溫度約為977℃。觀測結果表明,土星極區(qū)有極光。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

土星北極極光

旅行者號探測器是1977年美國發(fā)射的兩顆行星探測器。兩顆探測器原來名稱為“水手計劃”的“水手11號”和“水手12號”?!奥眯姓?號”和“旅行者1號”分別于1977年8月20日和9月5日發(fā)射升空。這兩個姊妹探測器沿著兩條不同的軌道飛行,擔負探測太陽系外圍行星的任務??茖W家們在研究“旅行者”2號發(fā)回的土星照片時,發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象:在土星的北極上空有個六角形的云團。這個云團以北極點為中心,并按照土星自轉的速度旋轉。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”

土星北極六角形云團合成圖

卡西尼號(Cassini),是卡西尼—惠更斯號的一個組成部分。它是美國航空航天局、歐洲航天局和意大利航天局的一個合作項目,主要任務是對土星系進行空間探測。其任務是環(huán)繞土星飛行,對土星及其大氣、光環(huán)、衛(wèi)星和磁場進行深入考察。在經(jīng)過6年8個月、35億千米的漫長太空旅行之后,于北京時間2004年7月1日12時12分按計劃順利進入環(huán)繞土星轉動的軌道,開始對土星大氣、光環(huán)和衛(wèi)星進行歷時4年的科學考察?!翱ㄎ髂崽枴苯嚯x地縱覽了土星全貌,對土星和它眾多的衛(wèi)星進行了全面的考察,我們目前所看到的大部分近距離土星及其衛(wèi)星的圖像,大部分是卡西尼號的功勞。

十六、地球的“指環(huán)王”鄰居——太陽系行星之“土星”
這是卡西尼號拍攝的土星北極獨特六邊形氣候系統(tǒng)合成圖

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