宇宙探奇-太陽系中的“二哥”:土星

宇宙探奇-太陽系中的“二哥”:土星


土星,是太陽系八大行星之一,距日距離(由近到遠)第6位。質量、直徑僅次於木星,並與木星同屬氣態巨行星。歐洲古代(古希臘)土星為克洛諾斯,在中國古代叫鎮星。

宇宙探奇-太陽系中的“二哥”:土星

土星主要由氫組成,還有少量的氦與微量元素,內部的核心包括岩石和冰,外圍由數層金屬氫和氣體包裹著。最外層的大氣層在外觀上可以看出發亮的土星光環,雖然有時會有長時間存在的現象。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於地球和木星之間,空氣流非常快。

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已經確認的土星的衛星總共有82顆。其中,土衛六是土星系統中最大和太陽系中第二大的衛星(半徑2575Km)(太陽系最大的衛星是木星的木衛三,半徑2631Km)。

一:內部構造

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雖然只有少量的直接資料,但土星的內部結構仍被認為與木星相似,即有 一個被氫和氦包圍著的小核心。岩石核心的構成與地球相似但密度更高。在核心之上,有更厚的液體金屬氫層,然後是數層的液態氫和氦層,在最外層是厚達1,000 公里的大氣層,也存在著各種型態冰的蹤跡。

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估計核心區域的質量大約是地球質量的9-22倍。土星有非常熱的內部,核心的溫度高達11700 ℃,並且輻射至太空中的能量是它接受來自太陽的能量的2.5倍。大部分能量是由緩慢的重力壓縮產生,但這還不能充分解釋土星的熱能製造過程。土星的大氣層通常都很平靜,偶爾會出現一些持續較長時間的長圓形特徵,以及其他在木星上常常出現的特徵。

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二:美麗的土星環

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1610年,意大利天文學家伽利略觀測到在土星的球狀本體旁有奇怪的附屬物。1659年,荷蘭學者惠更斯證實這是離開本體的光環。1675年意大利天文學家卡西尼,發現土星光環中間有一條暗縫(後稱卡西尼環縫),他還猜測光環是由無數小顆粒構成。兩個多世紀後的分光觀測證實了他的猜測,但在這二百年間,土星環通常被看做是一個或幾個扁平的固體物質盤。直到1856年,英國物理學家麥克斯韋從理論上論證了土星環是無數個小衛星在土星赤道面上繞土星旋轉的物質系統。

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土星環位於土星的赤道面上。在空間探測前,從地面觀測得知土星環有五個,其中包括三個主環(A環、B環、C環)和兩個暗環(D環、E環)。B環寬又亮,它的內側是C環,外側是A環。A、B兩環之間為寬約4800公里的卡西尼縫,是天文學家卡西尼在1675年發現的,產生環縫的原因是因為光環中有衛星運行,衛星的引力造成的。

1972年從土星環反射的雷達回波得知環的質點是直徑介於4到30釐米之間的冰塊。

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探測器傳回的土星照片讓科學家非常吃驚,在近處所看到的土星環,竟然是一大片碎石塊和冰塊,使人眼花繚亂。它們的直徑從幾釐米到幾十釐米不等,只有少量的超過1米或者更大,土星周圍的環平面內有數百條到數千條大小不等,形狀各異的環。大部分環是對稱地繞土星轉的,也有不對稱的有完整的、比較完整的、殘缺不全的。環的形狀有鋸齒形的,也有輻射狀的。

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三:數量龐大的衛星系統

土星的光環由無數個小塊物體組成,它們在土星赤道面上繞土星旋轉。土星還是太陽系中衛星數目僅次於木星的一顆行星,周圍有許多大大小小的衛星緊緊圍繞著它旋轉,就象一個小家族。近幾年隨著觀測技術的不斷提高大行星衛星的數量急劇攀升,現已發現的土星衛星已是83顆。

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土星有一個顯著的環系統,主要的成分是冰的微粒和較少數的岩石殘骸以及塵土已經確認的土星的衛星有62顆,其中9個是1900年以前發現的。其中,土衛六是土星系統中最大和太陽系中第二大的衛星(半徑2575KM)。比行星中的水星還要大;

並且土衛六是唯一擁有明顯大氣層的衛星土衛一到土衛十按距離土星由近到遠排列為:土衛十、土衛一、土衛二、土衛三、土衛四、土衛五、土衛六、土衛七、土衛八、土衛九。土衛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。

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土衛六

但是很難說土星究竟有多少衛星。一些組成土星光環的較大的粒子實際上也許就是小衛星。土星在太陽系中擁有的衛星最多。跟木星衛星不一樣,土星衛星不能簡單地以成分和密度歸類劃分。除土衛六外,天文學家從“旅行者號”飛船發回的資料發現,土星的其他衛星都比較小,在寒冷的表面上都有隕擊的疤痕,像破碎了的蛋殼。土衛一表面上有一個直徑達128公里的隕石坑;土衛二有著荒涼的平原、隕石坑和斷皺的山脊,它的不同區域代表著不同的歷史時期;土衛三上有一個又深又寬,長約800公里的裂谷;土衛四表面有稀疏而明亮的條紋,它們都環繞著隕石坑。

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1655年3月25日,荷蘭天文學家惠更斯在用自制的3.7米長折射望遠鏡觀測土星時,無意中發現了一顆土星的衛星這顆衛星被命名為泰坦,它就是最受天文學家矚目的土衛六,是被人類發現的第一顆土星衛星。

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土衛六是太陽系中的又一個奇異世界,黑暗寒冷的表面,液氮的海洋,暗紅的天空,偶爾灑下幾點夾雜著碳氫化合物的氮雨等。

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長期以來,土衛六一直被認為是衛星中體積最大的,也是太陽系中唯一擁有大氣的衛星,其大氣成分主要是甲烷;過去認為它的表面溫度也不很低,因而人們推測在它上面可能存在生命。“旅行者1號”發回的數據卻令人失望,土衛六的表面溫度在-181℃到-208℃之間,液態表面下有一個冰幔和一個岩石核心。飛船未發現存在任何生命的痕跡。土衛六能向外發射電波,使人感到迷惑。

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四:極光與六邊形風暴

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土星環繞太陽旋轉一週為30年,在公轉一次中僅出現兩次土星雙極光現象。哈勃望遠鏡拍攝的這張圖像顯示土星每個極地同時出現閃亮的極光。經過進一步的研究,科學家發現土星的極光形成原理與地球類似,都是太陽風所攜帶的物質穿越大氣電子層所發。

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當然,後來等到土星的南極從黑暗中露出臉來,一些地基天文望遠鏡和哈勃空間望遠鏡都對土星的南北極進行過觀測,然而,南極並沒有這樣的六邊形渦旋,只有一個巨大的圓形的渦旋。

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也就是說,土星北極的六邊形結構不管是在太陽系中,還是在土星上,都是獨一無二的。

這個六邊形是由土星的上層大氣風產生的。形狀中央可以看到極地渦旋。早在30多年前旅行者1號和旅行者2號首次觀測到這個六邊形,科學家們認為它是適應土星的旋轉產生的。”

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地球上的颶風和土星北極的渦旋都擁有一個無雲或少雲的中央眼。其它類似的特徵包括高層雲形成風眼牆,其它高層雲環繞風眼旋轉,以及在北半球是逆時針旋轉的。

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這兩種颶風之間的一個重大差別在於土星上的颶風比地球上的更大,且旋轉速度驚人的快。在土星上,風眼牆的風吹的速度比地球上颶風吹動的速度要快4倍。

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