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董方红



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土星—最美丽的行星

       
土星—最美丽的行星





  土星古称镇星或填星,因为土星公转周期大约为29.5年,我国古代有28宿,土星几乎是每年在一个宿中,有镇住或填满该宿的意味,所以称为镇星或填星,直径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,表面也是液态氢和氦的海洋,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。

  土星:半径60268km、质量5.69*10^26kg

      土星(Saturn)



  轨道距太阳142,940万千米,公转周期为10759.5天,相当于29.5个地球年,视星等为0.67等。在太阳系的行星中,土星的光环最惹人注目,它使土星看上去就像戴着一顶漂亮的大草帽。观测表明构成光环的物质是碎冰块、岩石块、尘埃、颗粒等,它们排列成一系列的圆圈,绕着土星旋转。
  土星运动迟缓,人们便将它看做掌握时间和命运的象征。罗马神话中称之为第二代天神克洛诺斯,它是在推翻父亲之后登上天神宝座的。无论东方还是西方,都把土星与人类密切相关的农业联系在一起,在天文学中表示的符号,像是一把主宰着农业的大镰刀。

  在1781年发现天王星之前,人们曾认为土星是离太阳最远的行星。在望远镜中可以看到土星被一条美丽的光环围绕。土星还有较多的卫星,到1978年为止,已发现并证实的有10个,以后又陆续有人提出新的发现。

  土星在很多方面像木星,如它与木星同属于巨行星,它的体积是地球的745倍,质量是地球的95.18倍。在太阳系八大行星中,土星的大小和质量仅次于木星,占第二位。它像木星一样被色彩斑斓的云带所缭绕,并被较多的卫星所拱卫。它由于快速自转而呈扁球形。赤道半径约为60,000公里。土星的平均密度只有0.70克/厘米立方米,是八大行星中密度最小的。如果把它放在水中,它会浮在水面上。土星的大半径和低密度使其表面的重力加速度和地球表面相近。土星在冲日时的亮度可与天空中最亮的恒星相比。由于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,光环的视面积便不固定,从而使土星的视亮度也发生变化。当土星光环有最大视面积时,土星显得亮一些;当视线正好与光环平面重合时,光环便呈现为一条直线,土星就显得暗些。二者之间的亮度大约相差3倍。

  土星绕太阳公转的轨道半径约为14亿公里,它的轨道是椭圆的。它同太阳的距离在近日点时和在远日点时相差约1 .5亿公里。土星绕太阳公转的平均速度约为每秒9.64公里,公转一周约29.5年。土星也有四季,只是每一季的时间要长达7年多,因为离太阳遥远,即使是夏季也十极其寒冷。土星自转很快,但不同纬度自转的速度却不一样,这种差别比木星还大。赤道上自转周期是10小时14分,纬度60度处则变成10小时40分。这就是说在土星赤道上,一个昼夜只有10小时零14分。

  土星大气以氢、氦为主,并含有甲烷和其他气体,大气中飘浮着由稠密的氨晶体组成的云。从望远镜中看去,这些云像木星的云一样形成相互平行的条纹,但不如木星云带那样鲜艳,只是比木星云带规则得多。土星云带以金黄色为主,其余是橘黄色、淡黄色等。土星的表面同木星一样,也是流体的。它赤道附近的气流与自转方向相同,速度可达每秒500米,比木星上的风力要大得多。

  土星极地附近呈绿色,是整个表面最暗的区域。根据红外观测得知,云顶温度为-170℃,比木星低50℃。土星表面的温度约为-140℃。土星表面有时会出现白斑,最著名的白斑是1933年8月发现的,这块白斑出现在赤道区,呈蛋形,长度达到土星直径的1/5.以后这个白斑不断地扩大,几乎蔓延到整个<U>[font color=#0000ff]土星表面</U>。

  由于这颗行星表面温度较低而逃逸速度又大(35.6公里/秒),使土星保留着几十亿年前它形成时所拥有的全部氢和氦。因此,科学家认为,研究土星目前的成分就等于研究太阳系形成初期的原始成分,这对于了解太阳内部活动及其演化有很大帮助。一般认为土星的化学组成像木星,不过氢的含量较少。土星上的甲烷含量比木星多,而氨的含量则比木星少。

  1973年 4月美国发射的行星际探测器“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。

  目前认为,土星形成时,起先是土物质和冰物质吸积,继之是气体积聚。因此,土星有一个直径20,000公里的岩石核心。这个核占土星质量的10%到20%,核外包围着5,000公里厚的冰壳,再外面是8,000公里厚的金属氢层,金属氢之外是一个广延的分子氢层。

  1969年,一架飞机在地球大气高层对土星的热辐射作了红外观测,发现土星和木星一样,它辐射出的能量是它从太阳接收到的能量的两倍。这表明土星和木星一样有内在能源。后来“先驱者”11号的红外探测证实了这一点,测得土星发出的能量是从太阳吸收到的2.5倍。
编辑本段£土星的光环
  
  1610年,意大利天文学家伽利略观测到在土星的球状本体旁有奇怪的附属物。1659年,荷兰学者惠更斯证认出这是离开本体的光环。1675年意大利天文学家卡西尼,发现土星光环中间有一条暗缝,后称卡西尼环缝。他还猜测,光环是由无数小颗粒构成。两个多世纪后的分光观测证实了他的猜测。但在这二百年间,土星环通常被看做是一个或几个扁平的固体物质盘。直到1856年,英国物理学家麦克斯韦从理论上论证了土星环是无数个小卫星在土星赤道面上绕土星旋转的物质系统。

  土星环位于土星的赤道面上。在空间探测以前,从地面观测得知土星环有五个,其中包括三个主环(A环、B环、C环)和两个暗环(D环、E环)。B环既宽又亮,它的内侧是C环,外侧是A环。A环和B环之间为宽约5,000公里的卡西尼缝,它是天文学家卡西尼在1675年发现的。B环的内半径 91,500公里,外半径116,500公里,宽度是25,000公里,可以并排安放两个地球。A环的内半径121,500公里,外半径137,000公里,宽度15,500公里。C环很暗,它从B环的内边缘一直延伸到离土星表面只有12,000公里处,宽度约19,000公里。1969年在C环内侧发现了更暗的D环,它几乎触及土星表面。在A环外侧还有一个E环,由非常稀疏的物质碎片构成,延伸在五、六个土星半径以外。1979年9月,“先驱者” 11号探测到两个新环──F环和G环。F环很窄,宽度不到800公里,离土星中心的距离为2.33个土星半径,正好在A环的外侧。G环离土星很远,展布在离土星中心大约10~15个土星半径间的广阔地带。“先驱者”11号还测定了A环、B环、C环和卡西尼缝的位置、宽度,其结果同地面观测相差不大。“先驱者”11号的紫外辉光观测发现,在土星的可见环周围有巨大的氢云。环本身是氢云的源。

  除了A环、B环、C 环以外的其他环都很暗弱。土星的赤道面与轨道面的倾角较大,从地球上看,土星呈现出南北方向的摆动,这就造成了土星环形状的周期变化。仔细观测发现,土星环内除卡西尼缝以外,还有若干条缝,它们是质点密度较小的区域,但大多不完整且具有暂时性。只有A环中的恩克缝是永久性的,不过,环缝也不完整。科学家认为这些环缝都是土星卫星的引力共振造成的,犹如木星的巨大引力摄动造成小行星带中的柯克伍德缝一样。“先驱者”11号在A环与F环之间发现一个新的环缝,称为“先驱者缝”,还测得恩克缝的宽度为876公里。由观测阐明土星环的本质,要归功于美国天文学家基勒,他在1895年从土星环的反射光的多普勒频移发现土星环不是固体盘,而是以独立轨道绕土星旋转的大群质点。土星环掩星并没有把被掩的星光完全挡住,这也说明土星环是由分离质点构成的。1972年从土星环反射的雷达回波得知,环的质点是直径介于4到30厘米之间的冰块。

  探测器传回的土星照片让科学家非常吃惊,在近处所看到的土星环,竟然是碎石块和冰块一大片,使人眼花缭乱,它们的直径从几厘米到几十厘米不等,只有少量的超过1米或者更大。土星周围的环平面内有数百条到数千条环,大小不等,形状各异。大部分环是对称地绕土星转的,也有不对称的,有完整的、比较完整的、残缺不全的。环的形状有锯齿形的,有辐射状的。令科学家迷惑不解的是,有的环好像是由几股细绳松散的搓成的粗绳一样,或者说像姑娘们的发辫那样相互扭结在一起。辐射状的环更是令科学家大开了眼界而又伤透了脑筋,组成环的物质就象车轮那样,步调整齐的绕着土星转,这样岂不要求那些离的越远的碎石块和冰块运动的速度越快吗?这显然违背了目前已经掌握的物质运动定律。那么,这是一个什么样的规律在起作用呢?目前仍在探索中。

  土星内部也与木星相似,有一个岩石构成的核心。核的外面是5000公里厚的冰层和8000公里的金属氢组成的壳层,最外面被色彩斑斓的云带包围着。土星的大气运动比较平静,表面温度很低,约为零下140摄氏度。

  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29.5年,可是它的自转很快,赤道上的自转周期是10小时14分钟。

    土星的卫星



  土星的美丽光环是由无数个小块物体组成的,它们在土星赤道面上绕土星旋转。土星还是太阳系中卫星数目最多的一颗行星,周围有许多大大小小的卫星紧紧围绕着它旋转,就象一个小家族。近几年随着观测技术的不断提高,大行星卫星的数量急剧攀升,目前已发现的土星卫星就已经超过了60颗。土星卫星的形态各种各样,五花八门,使天文学家们对它们产生了极大的兴趣。最著名的“土卫六”上有大气,是目前发现的太阳系卫星中,唯一有大气存在的天体。

  土星的卫星至少有18个,其中9个是1900年以前发现的。土卫一到土卫十按距离土星由近到远排列为: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。土卫十离土星的距离只有159,500公里,仅为土星赤道半径的2.66倍,已接近洛希极限。这些卫星在土星赤道平面附近以近圆轨道绕土星转动。

  1980年,当旅行者号探测器飞过土星时,在原有的九颗卫星(土卫一、土卫二、土卫三、土卫四、土卫五、土卫六、土卫七、土卫八和土卫九)基础上,又发现了八颗新的卫星。但是很难说土星究竟有多少卫星。一些组成土星光环的较大的粒子实际上也许就是小卫星。 土星在太阳系中拥有的卫星最多。跟木星卫星不一样,土星卫星不能简单地以成分和密度来归类划分。"旅行者号"所发现的卫星显示出复杂多样的特征。

  土卫四和土卫五的某些地域非常坑坑洼洼,另一些地方则平坦得多。表面的白色条状表明在这两颗卫星上曾经有水冒出。 土星众多卫星中,最令我们感兴趣的是土卫六--太阳系中最大的卫星之一。"旅行者号"的科学家惊奇地发现,它有一层厚厚的~大气层~--密度比地球大气层高百分之六十。 土卫六非常寒冷,表面温度约为零下150℃。在这样的温度条件下,甲烷以气态、液态、固态三种状态同时存在。行星学家克拉克·查普曼这样说道:"土卫六上的甲烷可能会象地球上0℃的水。""穿过北极的淤泥地带,可隐约见到土卫六的表面景观……由甲烷和氨冰块组成的岩石大多数被埋在一种粘性的油层之下。长时期内来自柏油烟雾的微小尘埃粒子不断聚集……土卫六浓稠的液态甲烷与海洋被甲烷冰雾令人窒息的雾霭所遮挡。" 极小的土卫一有一个创痕,那是太阳系中最明显的创痕之一。一个巨大的~陨石坑~显示出它曾受过一次几乎将其一分为二的重创。重创之下的这个巨大陨石坑直径约为整个星球的三分之一。它的表面是如此的坑坑洼洼,使得冰层被切成了片片碎块。在它的表面上行走,宛如走在一个巨大的雪锥之上。

  土卫二有一个断层系统以及从未受过陨石冲击的大区域。陆潮受热可能在重建表面的过程中发挥了重大作用。这种活动似乎就发生在最近,这也可以用来解释它的表面为何光彩夺目。土卫二几乎反射所有的光线,其冰冻的表面可能会被来自内部的水不断覆盖。

  土卫八一侧很亮,另一侧很暗。亮的那侧能将大约一半照射到的光反射出去,而另一侧几乎一片黑暗。黑色物质里可能包含着有机碳--生命必需的组成成分之一。

  土卫七看上去象是较大物体的一个碎块。它不规则的形状和极度坑坑洼洼的表面使它看似一个稍大的小行星。这颗卫星的碎片现在可能已进入了土星光环。

  土卫三也是从明显的宇宙暴力之中幸存下来的。一条巨大的沟壑从卫星的一端伸展到另一端。这个长狭谷看起来是由内部力量而引起的。它内部凝固和膨胀的压力使其表面产生裂缝。科学家们无法解释一个至少百分之八十由水冰组成的卫星是如何经受住这样的地质活动的。

  “旅行者号”探测器的探索结果使人们深信那曾经支配了土星早期历史的猛力作用。土星卫星看起来象是无尽爆炸袭击的幸存者。它们明亮的冰封表面受到了无数陨石的创伤。 但是这些卫星中有一个与早期的地球非常相似。也许某一天,有着浓厚大气层的土卫六能够进化出顽强的生命。
编辑本段£比水还轻

  土星和其他行星一样,也围绕太阳在椭圆轨道上运动。土星绕太阳公转的轨道半径约为9.54天文距离单位(约14亿公里)轨道的偏心率为0.056,轨道面与黄道面交角为2°5′,绕太阳公转一周约29.5年,公转平均速度约为9.6公里/秒。土星的自转很快,仅次于木星,其自转角速随纬度而不同,在赤道上自转周期为10小时14分,在纬度60°处为10小时40分。由于快速自转,使得它的形状变扁,是太阳系行星中形状最扁的一个。土星表面也有沿赤道伸展的条纹带,表面为云层所覆盖。

  用天文望远镜观察土星,看到的是一个带光环的天体。土星的赤道半径约为6万公里,其赤道半径与极半径相差5000多公里。体积为地球的740倍,质量为地球的95倍。在太阳系的行星中,土星的质量和大小仅次于木星。平均密度是0.7克/立方厘米,比水的密度还要小。由于土星的密度太小,其表面重力加速度和地球差不多 (为地球的1.07)。在土星上,物体要有37公里/秒的速度才能脱离土星,比地球表面的脱离速度大得多,因此土星能把大量的大气束缚住。

  土星有稠密的大气,其大气的主要成分是氢和氦,还有甲烷、氨等。通过天文望远镜,我们可以看到土星表面也有一些明暗交替的带纹平行于它的赤道面,带纹有时也会出现亮斑、暗斑或白斑。白斑的出现不很稳定,最著名的白斑于1933年8月被英国天文爱好者W·T·海用小型天文望远镜发现。此白斑位于土星赤道区,呈蛋形,长度达土星直径的1/5。以后这块白斑逐渐扩大,几乎蔓延到土星的整个赤道带。

  为了探测太阳系外围空间的物理情况,1973年4月“先驱者11号”上天,1979年9月1日飞临土星,成为第一个就近探测土星的人造天体。“旅行者”1号、2号在考察完木星后,继续驶向土星,对土星进行考察。完成考察土星的任务后,“旅行者2号”又继续飞向天王星和海王星,对它们进行考察。这些“一身多任”的宇宙飞船,为我们带来了土星的新消息。

  “先驱者11号”飞船于1979年8月、9月在距土星128万公里处发现,土星磁场十分特殊,磁场图很像一条大鲸鱼,其头部圆钝,两边伸出扁形翅,还有粗壮的尾巴。土星磁场的磁轴与其自转轴吻合,磁心偏离土星核心22.5公里。磁场范围比地球的磁场范围大上千倍,但比木星磁场小,也没有木星磁场复杂。

  土星的表面温度为-140℃,支顶温度为-180℃,比木星低50℃。土星有一个直径为2万公里的岩石核心,核心外面就是土星大气。

  土星家族



  在宇宙飞船探测土星之前,人们知道土星有10颗卫星。1977年发现了土卫十一,1979年“先驱者1号”飞临土星时,探测到了第十二颗卫星。为了纪念它的功绩,起名为“先驱者号”。“旅行者1号”飞船于1980年10月 26日和11月10日在近距离考察土星时,又发现了5颗卫星。1981年8月25日“旅行者2号”在距土星云层之上101000公里处掠过,考察了土星及其光环和9个卫星。这次飞掠土星时,又发现了6颗卫星。

  现已确认的土星卫星共23颗。距土星最近的是土卫十五,它与土星的距离为 13.7万公里,仅为卫星到土星中心的2.29个土星半径,公转周期为0.601天,其半径只有15公里;最远的是土星九,平均距离约1293万公里,它距土星中心为216个土星半径。土卫八的轨道面与土星赤道面的交角为7°52′,属于不规则卫星。土卫九的轨道面与上星赤道面的交角为175°,逆行,轨道偏心率达0.163,也属于不规则卫星。其余的卫星均为规则卫星。有趣的是,土卫四和土卫十二、土卫十和土卫十一都是两两同一条轨道上;而土卫三、土卫十六和土卫十七则是三星同居一轨道。从飞船发回的资料看,没有发现这些卫星上有火山活动的痕迹。

  土星的卫星中,土卫六是天文学家关注的天体之一。它于1655年被荷兰天文学家惠更斯发现。长期以来,土卫六一直被认为是卫星中体积最大的,也是太阳系中唯一拥有大气的卫星,其大气成分主要是甲烷;过去认为它的表面温度也不很低,因而人们推测在它上面可能存在生命。“旅行者1号”发回的数据却令人失望,它发现土卫六的直径只有5150公里,并不是太阳系中最大的卫星(木卫三的直径最大,为5262公里),它有一层稠密的大气层和一个液态的表面,其大气层至少有400公里厚,甲烷成分不到1%,大气的主要成份是氦,占98%,还有少量的乙烷、乙烯及乙炔等气体。土卫六的表面温度在-181℃到-208℃之间,液态表面下有一个冰幔和一个岩石核心。飞船未发现存在任何生命的痕迹。土卫六能向外发射电波,使人感到迷惑。此外,土卫六轨道附近有一个氢云。

  除土卫六外,天文学家从“旅行者号”飞船发回的资料发现,土星的其他卫星都比较小,在寒冷的表面上都有陨击的疤痕,像破碎了的蛋壳。土卫一表面上有一个直径达128公里的陨石坑;土卫二有着荒凉的平原、陨石坑和断皱的山脊,它的不同区域代表着不同的历史时期;土卫三上有一个又深又宽,长约800公里的裂谷;土卫四表面有稀疏而明亮的条纹,它们都环绕着陨石坑。

    拜访女巨神



  1655年3月25日,荷兰天文学家惠更斯在用自制的3.7米长折射望远镜观测土星时,无意中发现了一颗土星的卫星,这颗卫星被命名为泰坦。泰坦是希腊神话中的女巨神、第二代天神克洛诺斯的妻子。它就是最受天文学家瞩目的土卫六,是被人类发现的第一颗土星卫星。

  长期以来,土卫六一直被认为是太阳系卫星中体积最大、比水星还大的卫星之王。旅行者号探测器的一次近距离测量,在35千米处拍下5张高分辨率的照片。照片上土卫六展现出美丽的桔红色的星体,像一个熟透了的桔子。更重要的是收到的数据资料,改写了土卫六原来5800千米的直径,实际直径应为4828千米,迫不得已地把“卫星之王”的桂冠转让给了木星的卫星木卫三,屈居第二。这并没有影响它的地位,科学家们一直对土卫六很感兴趣,原因在于它是卫星中唯一有大气存在的天体。大气的主要成分是氮,约占98%,甲烷占1%,其余的碳氢化合物在大气中所占比例非常小,大气层厚度约为2700千米。土卫六的表面温度很低,在-190℃~-210℃之间,使之形成了美丽的液氮海洋。

  虽然我们看不到土卫六的表面,但旅行者号探测器为我们提供的资料显示:土卫六是太阳系中的又一个奇异世界,黑暗寒冷的表面,液氮的海洋,暗红的天空,偶尔洒下几点夹杂着碳氢化合物的氮雨等。这些是人类了解生命起源和各种化学反应的理想之处。

  从惠更斯发现土卫六以来,至今已有300多年的历史,土卫六仍是一个待解之谜。要想对土卫六有更深刻的认识,还需要人类不断地进行探索。

  “天资”出众



  天文学家们为什么特别看重土卫六呢?因为土卫六“天资”出众,所以受到天文学家们的青睐和器重。土卫六与众不同的“天资”表现在如下方面:

  首先,土卫六的直径为4828公里,在卫星世界中居第二位,比冥王星大许多,跟水星的个头儿差不多。它的质量是月球质量的1.8倍,平均密度为每立方厘米1.9克,约为地球密度的1/3,引力则为地球的14%。

  土卫六与土星的平均距离为122万公里,沿着近乎正圆形的轨道绕土星运动。它像月球一样,总以同一面向着自己的行星——土星。也就是说,如果在土星上看土卫六的话,永远只能看到土卫六的同一个半面。它的轨道基本上在土星赤道面内。你可以想一想,土卫六这么大的天体,沿着大约122万公里的半径,居然运动在近乎正圆的轨道上,这真是有点难以想象的事。如果让我们专门画这样一个圆,恐怕也是不容易办到的。足见天体演化中的自然奇观。

  第二,1944年,美籍荷兰天文学家柯伊伯对土卫六进行了系统的分光观测研究,发现土卫六上有甲烷气体,从而确认土卫六上有浓密的大气层。一直到现在,土卫六仍是太阳系内已知的60多颗卫星中有大气的唯一卫星,这怎能不受到天文学家们的特别偏受呢?

  第三,根据土卫六的运动特征、物理状况和化学成分,天文学家们判定土卫六是和土星一起演化形成的,属于稳定卫星,不可能是土星后来捕获的小天体。一些天文学家曾一度将土卫六的质量、体积、表面重力、表面温度、大气成分、水和冰的含量、自转和公转等天体特征和天体环境与地球进行比较,目的是想从中获取有关早期生命物质演化的蛛丝马迹。

  其他天体上有没有生命的繁衍?这个问题一直萦绕在天文学家们的脑际。土卫六的发现者惠更斯在《天体奇观,关于其他行星上的居民、植物及其世界的猜想》一书中写道:如果我们认为这些天体上除了无边无际的荒凉之外,一无所有,…… 

  甚至进一步认为那里根本不可能存在高级生物,那么我们无异就贬低了它们,而这是非常不合情理的。诚然,判断哪个天体上有没有生命,这是一个十分严肃的科学问题。从目前看,恐怕过于乐观是不现实的,然而过于悲观也是没有根据的,实践是检验真理的唯一标准。至于土卫六上的生命信息,至今仍是个不容乐观的谜,但是一定会在不断探测的实践中得到解决。

  从地球上看去,土卫六是一颗8.4等星。凭眼睛直接看是绝对看不到的。用较好的天文望远镜观测它,也只能看到一个小小的红点似的盘状体。为什么是这个颜色呢?有人认为这可能是因为土卫六上存在着复杂的有机分子。当然,完全依靠地面观测是解决不了这类问题的,只能是“纸上谈兵”。
  随着宇航事业的飞速发展,行星际探测器取得了空前的成果。目前,亲自探测过土卫六的行星际飞船共有两个。它们是美国发射的“先驱者11号”和“旅行者1号”。

  1979年9月1日,“先驱者11号”飞掠土星,考察了土卫六。不过,当“先驱者11号”考察土卫六时,正赶上一阵强烈的太阳风,严重地影响了发回的信息。地面控制中心只收到它在35万公里处拍下的5张高分辨率的照片。在照片上,土卫六呈现美丽的桔红色,像熟透了的桔子。“旅行者1号”于1980年11月11日飞临土卫六。它离土卫六最近时,离云顶只有4000公里,探测取得完满的成功。就是这次,测得土卫六的直径为4828公里,而不是过去认为的5550公里。

  “旅行者1号”对土卫六的考察结果表明,土卫六确有浓厚的大气层,约有2700公里厚,比地球大气密度还高。大气的主要成分是氮气,占 98%,甲烷占 1%,还有少量的乙烷和氢等。金星、地球和火星的大气中也都有氮气,但是都没有土卫六这么多得惊人。

  “旅行者1号”还发现土卫六大气呈雾状。浓密的雾层使阳光不能照到土卫六的表面,影响了“旅行者1号”对土卫六表面的观测。同时,也有的科学家根据“旅行者1号”的观测资料,认为土卫六大气中充满甲烷。

  为了进一步研究土卫六大气和生命的关系,美国康奈尔大学的行星物理学家卡尔·萨根等人,做了土卫六大气模拟实验。研究者认为,土卫六上含有大量氮气的大气层,产生了各种各样的生命前的化学物质。萨根指出:“早期的地球上可能也曾发生过类似的过程。但在土卫六上发生的生命前化学过程,因为那里的温度远低于水的冰点,大概是不会有生命的。”

  说到这里,你有没有想到:为什么在卫星中只有土卫六有如此丰富的大气层呢?这一直是行星物理学家们在思索的问题。有人认为,这可能是土卫六表面温度高到足以维持相当数量的甲烷和氨气,以保持与其表面的冰相平衡。也可能是土卫六上的冰含有甲烷和氨,在上卫六的温度下容易形成大气。第三种可能是土卫六大气不会像受木星强磁场那样,使大气跑掉。第四种可能是土卫六的质量大,能经受内部的分化,分化出的冰向表面集中,它的引力足以使大部分的气体不至跑掉。

  迄今只有先驱者11号、旅行者1号和2号三个探测器飞临土星进行过探测土星的活动。1979年9月1日,先驱者11号经过6年半的太空旅程,成为第一个造访土星的探测器。它在距离土星云顶20200千米的上空飞越,对土星进行了10天的探测,发回第一批土星照片。先驱者11号不仅发现了两条新的土星的探测器,发回第一批土星照片。先驱者11号不仅发现了两条新的土星光环和土星的第11颗卫星,而且证实土星的磁场比地球磁场强600倍。9月2日第二次穿过土星环平面,并利用土星的引力作用拐向土卫六,从而探测了这颗可能孕育有生命的星球。

  1980年11月12日,旅行者1号从距离土星12600千米的地方飞过,一共发回1万余幅彩色照片。这次探测不仅证实了土卫十、十一、十二的存在,而且又发现了3颗新的土星小卫星。当它距离土卫六不到5000千米的地方飞过时,首次探测分析了这颗土星的最大卫星的大气,发现土卫六的大气中既没有充足的水蒸气,其表面也没有足够数量的液态水。

  1981年8月25日,旅行者2号从距离土星云顶10100千米的高空飞越,传回18000多幅土星照片。探测发现,土星表面寒冷多风,北半球高纬度地带有强大而稳定的风暴,甚至比木星上的风暴更猛。土星也有一个大红斑,长8000千米,宽6000千米,可能是由于土星大气中上升气流重新落入云层时引起扰动和旋转而形成的。土星光环中不时也有闪电穿过,其威力超过地球上闪电的几万倍乃至几十万倍。它再次证实,土星环有7条。土星环是由直径为几厘米到几米的粒子和砾石组成,内环的粒子较小,外环的粒子较大,因粒子密度不同使光环呈现不同颜色。每一条环可细分成上千条大大小小的小环,即使被认为空无一物的卡西尼缝也存在几条小环,在高分辨率的照片中,可以见到F环有5条小环相互缠绕在一起。土星环的整体形状类似一个巨大的密纹唱片,从土星的云顶一直延伸到32万千米远的地方。旅行者2号发现了土星的13颗新卫星,使土星的卫星增至23颗。它考察了其中的9颗卫星,发现土卫三表面有一座大的环形山,直径为400千米,底部向上隆起而呈圆顶状,还有一条巨大的裂缝,环绕这颗卫星几乎达3/4周;土卫八的一个半球为暗黑,另一个半球则十分明亮;土卫九的自转周期只有9~10小时,与它的公转周期550天相去甚远;土卫六的实际直径为4828千米,而不是原来认为的5800千米,是太阳系行星中的第二大卫星,它有黑暗寒冷的表面、液氮的海洋、暗红的天空,偶尔洒下几点夹杂着碳氢化合物的氮雨等,这是人类了解生命起源和各种化学反应的理想之处。

  为了进一步探测土星和揭开土卫六的生命之谜,美国与欧空局联合研制了价值连城的卡西尼号土星探测器。1997年10月15日这个探测器发射升空,开始为期7年的漫长旅途。它预计2004年飞临附近空间,开展长达4年的环土星就近探测,并首次实现在土星的最大卫星土卫六上着陆,进行实地考察。卡西尼号直径约2.7米,总重达6吨,由轨道探测器和着陆器组成。其轨道探测器取名卡西尼号,装有12种探测仪器;着陆器取名惠更斯号,装有6台科学仪器。为了加快奔向土星的飞行速度,卡西尼号于1998年4月飞掠金星,获得第一次加速。随后它绕太阳公转一周,于1999年6月再次飞掠金星,获得第二次加速。同年8月,它在地球附近飞过,获得第三次加速。之后,卡西尼号探测器将于2000年12月飞掠木星,得到最后一次加速。它定于2004年7月飞抵目的地与土星会合,进入环绕土星运行的轨道。同年11月,惠更斯号着陆器将脱离卡西尼号探测器飞向土卫六,穿过其云层,在土卫六上软着陆,然后将探测到的数据通过环土飞行的卡西尼号轨道器传回地球。卡西尼号进入环土星轨道后的任务是:环土星飞行74圈,就地考察土星大气、大气环流动态,并多次飞临土星的多颗卫星,其中飞掠土卫六近旁45次,用雷达透过其云气层绘制土卫六表面结构图,预计可发回近距离探测土星、土星环和土卫家族的图像50万帧。惠更斯号将成为第一个在一颗大行星的卫星上着陆的探测器。它将在2.5小时的降落过程中,用所带仪器分析土卫六的大气成分,测量风速和探测大气层内的悬浮粒子,并在着陆后维持工作状态1小时,揭示土卫六上是否有水冰冻结的海洋和是否存在某种形态的生命。它所收集到的数据和拍摄的图像通过卡西尼号探测器传回地球

  这颗令人神往的土卫六表面是什么样子呢?应该说至今还没有直观的资料。科学家们做过多种可能的推测,科学幻想小说家们对土卫六的描述,更是笔下生辉。然而,一切都必须尊重科学。

  根据土卫六大气中那么多氮气,同时土卫六表面温度又比地球低得多,约在-201~-190℃之间,以及土卫六的体积和质量等,有的科学家推测它的内部物理状况及表面特征,并首先寻找土卫六上的岩石和冰的比例关系。有人估算土卫六上的岩石物质约占它总质量的55%,其余为冰;土卫六表面是寒冷的液态海洋,海洋中 70%是乙烷,25%是甲烷,5%是熔解氮,整个液态海洋约有1公里厚,包围着土卫六。1989年6月4~5日,从地球上向土卫六进行了雷达探测,结果表明土卫六上也可能有陆区。

  “旅行者1号”还发现土卫六的南北两半球的明暗有差异:南半球明亮,北半球暗淡。这是什么原因造成的呢?可能是土卫六上南北不同季节引起的。“旅行者1号”拜访时,土卫六北半球正好是春季的开始。不过,也有人认为这可能是土星磁层对土卫六的影响。总之,目前还解释不清楚。土卫六大气吸光能力很强,可吸收落在它上面的阳光约80%。这些热量大部分被大气中的雾粒和甲烷气体吸收,也许只有5%~10%的阳光能到达土卫六的表面。

  从惠更斯发现土卫六起,300多年来,关于土卫六的不解之谜似乎越来越多。其实这是不奇怪的,这表明我们的认识越来越深刻。伟大的波兰天文学家哥白尼有一句名言:“人的天职是勇于探索。”

  轨道长半径(天文距离单位) 9.539
  轨道长半径(千万公里) 1427.0
  公转的恒星周期(日) 10759.5
  公转的会合周期(日) 378
  轨道偏心率 0.056
  轨道倾角(度) 2.5
  升交点黄经(度) 113.3
  近日点黄经(度) 92.3
  平均轨道速度(公里) 9.64
  赤道半径(公里) 60330
  扁率 0.102
  质量(地球质量=1) 95.159
  密度(克/立方厘米) 0.70
  赤道引力(地球=1) 1.08
  逃逸速度(公里/秒) 35.6
  自转周期(日) 0.426
  黄赤交角(度) 26.73
  反照率 0.57
  最大亮度 -0.4
  卫星数(已确认的) 23

        土星观测



  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"。

    土星的六角星云

  美国国立光学天文台的科学家们在研究“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。土星北极的六角形云团并不是“旅行者”2 号直接拍到,因为“旅行者”2 号并没有直接飞越土星北极上空。但它在土星周围绕行时,从各个角度拍下了土星照片。天文学家们把那些照片合成以后,才看清了土星北极上空的全貌,也才发现了那个六角形云团。土星北极上空六角形云团的出现,促使科学家们不得不重新认识土星。

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