[太阳系] 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"先驱者号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.


  奇妙的光环


  土星的光环是围绕土星运行的物质环.用天文望远镜观看星星时,除月球外,最妩媚动人的莫过于土星光环了.土星美,美在光环.明亮的光环,就像一条精致的金项链,佩在土星身上.


  最早发现土星光环的人是枷利略.


  伽利略在1610年用自制的望远镜观察土星时,发现土星的两边有奇妙的半月形光影.当时枷利略把它们称为土星的"耳朵",误认为土星可能是由一大二小的天体组成,怀疑这耳朵是土星两侧的两颗卫星.但是,他一直不


  敢将自己的观察结果发表,其原因是他发现土星"卫星"并没有绕土星公转,似乎永远停留不动.而更令他惊奇的是二年后那两颗"卫星"竟然失踪,三年后又重新出现.是什么原因呢?伽利略直到去世也没弄明白土星"卫星"


  为什么永不转动.他无论如何也不会想到,自己竟是世界上第一个见到土星光环的人.


  在以后的年代里,许多观测者都描绘了自己所见的土星,它具有非常奇怪的现象.但没有人能说清楚它的形象为什么那样变化多端.半个世纪以后,荷兰天文学家惠更斯用更大更好的望远镜进行观测,才揭开了这个谜.原来那两颗"卫星"是与土星不相连接、环绕在土星赤道面上的光环.这光环由无数个形状、大小不等,直径在7.6厘米至9米之间的冰块组成,以很快的速度浩浩荡荡地围绕土星运转,在太阳光的照耀下呈现出各种颜色.光环的直径达27万千米,厚度为10千米左右,由东向西自转.到1675年,意大利天文学家卡西尼(G.D.Gassini)在土星光环中发现有一圈空隙.他所发现的这个空隙,就是以他的姓命名的著名的卡西尼环缝.


  地面观测发现土星光环厚约3公里,宽达20多万公里,可分成7个环,最亮的环宽约2.6万公里;环与环之间有1条缝隙,最大的缝隙约5000公里.


  1980年11月,"旅行者—1"号探测器拜访土星时,发现土星光环不止7环,而是由成千上万细小的环构成的,这些细环就像一张巨大的密纹唱片上的波纹,从土星云顶一直延伸到32万公里的地方.这些光环是由无数颗大小不等的石块和冰块组成,大多数的直径在4~30厘米之间.如若将这些石块和冰块聚合在一起,可构成月球那样大小的天体,可见,土星光环决非等闲之物.


  土星光环不是随时可见的,光环侧对着地球时能够看到光环;光环平对着地球时,哪怕用最大的天文望远镜也无法看到它的"尊容",如1995年和2009年就无法看到.


  土星环的结构是17~19世纪陆续被发现的.到20世纪80年代初,至少有3个探测器先后对土星做了"走马观花"式的观测,最大的发现是土星环的结构极为复杂.


  原来,人们根据地面观测和空间探测,把土星环划分为7层.距土星最近的是D环,亮度最暗,其次是C环,透明度最高,B环最亮,最后是A环.


  在A环和B环之间有段黑缝,这就是著名的卡西尼环缝,缝的宽度大约5000千米.在A环之外有E、F、G三个环,最外层的是E环,十分稀薄和宽广.


  旅行者1号和2号探测器把土星环的近距离照片送回地球后,科学家们非常吃惊:原来每一个小环又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.土星环的整体形状就类似一个巨大的密纹唱片,从土星的云顶一直延深到32万千米远的地方.


  光环的颜色远看是红棕色,其实每层环的颜色都稍有不同,C环是蓝色,B环内层为橙色,外层为绿色,A环为紫色,卡西尼缝是蓝色.


  旅行者号探测器展示给我们的是埋光环的新结构,有些问题较难解释.


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