[太阳系] 比水还轻的土星

  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/厘米3,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.


  土星有一个光环.它是伽利略于1610年用望远镜发现的.当时伽利略把土星光环误认为是土星左右两侧长出的"耳朵".在长期的观测中发现,环带中间由两条暗缝分隔成三个环.靠外的A与靠内的B环之间被一条称为卡西尼的缝(它是1675年由法国天文学家卡西尼发现的)隔开;C环靠近土星本体,但较暗弱.1966年和1969年,天文学家用光电测光方法又发现C环内有一层更暗的D环;A环外又有一层E环,环缝分别命名为"恩克缝"和"法兰西缝".A、B、C环为主环,A环宽度为14400公里,B环为25800公里,C环为20800公里,D环几乎触及土星表面,E环延伸到5~6个土星半径以外.


  由于土星的自转轴相对于公转轨道有一个26.7°的倾角,因而从地球上看去,有时它的北极斜对着我们而看不到南极,有时则是南极斜对着我们,每29.5年周而复始.每当光环的边缘与我们的视线趋向一致时,光环越来越变得像一条线;当它与视向完全重合的一段短时间内,光环竟消失不见.这


  一现象说明,土星的光环虽然很宽,但很薄.


  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.


  "先驱者11号"同时还发现,土星有一个辐射带,其强度小于地球的辐射带.它是由土星磁场俘获的带电粒子组成的.宇宙飞船在6万公里之外接收到了土星发射的无线电波,表明土星有较强的电磁辐射.据测定,土星辐射的能量是它接收到太阳能量的2.5倍,表明土星与木星一样有内在能源.


  "先驱者11号"于1979年9月探测到土星的一个新环——F环和一个环缝,此环缝后来被命名为"先驱者环缝".F环宽度不到800公里,距土星中心为2.33个土星半径处,正好在A环外侧;先驱者缝位于A环与F环之间,宽度约3600公里.1980年"旅行者1号"发现了G环,G环分布在离土星中心约10~15个土星半径之间的广阔地带.


  "旅行者"1号和2号飞船在飞越土星时发现,土星环的环数远不止7个,而是成千上万个,均分布在土星环的平面内.飞船发回的照片显示出,土星环中有环,令人眼花舨乱.乍看起来,这些光环很像一张密纹唱片上的纹路,仔细观察,原来土星环具有更精细的结构:大多数光环是光滑匀称的,但也有些是锯齿形的,有的呈辐射状,还有的像发辫一样互相扭结.A、B、C环是由几百乃至上千条细环构成;卡西尼缝中并不空,至少有20条细环;恩克缝中也有2条呈纽结状的细环.此外,还发现了几十个新环缝;F环至少由3条细环所构成,其中2条亮环像发辫那样相互绞缠,另一条暗黑且宽;F环上有团块和纽结."旅行者号"飞船观测还表明:土星环是由大小不等的碎块和颗粒组成,A、B、C环中最大的碎块约为10米,更多碎块的大小在10厘米左右;F环大部分则是由微米量级的粒子所构成.土星光环很宽,也很薄,整个光环宽约20万公里,而其最大厚度则不超过150米.


  土星有一层厚而浓密的大气层,大气的结构很像木星,以氢、氦等为主,只是氢比木星少些.宇飞船拍摄的照片显示出,土星呈淡黄色,北极区呈浅蓝色.大气中翻腾着由稠密的氨晶体组成的云,云上呈现一些斑点、晕圈、丝条和漩涡状动态结构,还有彩色的亮带和暗纹.土星也有一个大红斑,但比木星大红斑要小得多.土星的大红斑是一个长8000公里、宽6000公里的卵形区,呈桔红色,估计是由一次飓风所致.此外,在土星表面上还发现灰暗的卵形区,可能是土星大气流上升后又下降进入云层时引起扰动和旋转形成的.和木星风一样,土星风也是东西向的,但比木星风大,最大风速为500米/秒.


  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.


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