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第29章 太阳系内八大行星之六--土星

土星是太阳系中距离太阳第六近的行星,是密度最小的行星,拥有最多的卫星,发生过最高的风眼墙、持续时间最长的闪电暴。土星周围宽阔的环系也是太阳系中最大的。

土星和太阳的平均距离超过了14.37亿千米(9.58天文单位),轨道上运行的平均速度是9.69千米\/秒,所以土星上的一年(即土星绕太阳公转一周)相当于个地球日(或是29.457地球年)。土星的椭圆轨道相对于地球轨道平面的倾角为2.48°,因为离心率为0.056,因此土星与太阳在近日点和远日点(行星在轨道路径上与太阳最近和最远的两个点)之间的距离变化大约为1.62亿千米。土星自转一周等于10小时33分38秒,大约是地球的半天时长。

土星是气态巨行星,外围的大气层包括96.3%的氢和3.25%的氦,可以侦测到的气体还有氨、乙炔、乙烷、磷化氢和甲烷。内部的核心包括岩石和冰,外围由数层金属氢和气体包覆着。土星有非常热的内部,核心的温度高达°c,并且辐射至太空中的能量是它接受来自太阳的能量的2.5倍。

土星最外层的大气层在外观上通常情况下都是平淡的,虽然有时会有长时间存在的特征出现。土星的风速高达1800千米\/时,风速明显比木星快。土星的行星磁场强度介于地球和更强的木星之间。土星有一个显着的行星环系统,主要的成分是冰的微粒和较少数的岩石残骸以及尘土。

由于其低密度、高速自转和流体的可变性,土星的外形呈现为一个椭球体,也就是极轴相对扁平而赤道相对突出,它的赤道直径和两极直径之比相差大约10%(前者千米,后者千米)。虽然土星核心的密度远高于水,但由于存在较厚的大气层,土星仍是太阳系中仅有的密度低于水的行星,它的比重是0.69g\/cm3。土星的质量是地球的95倍,相较之下木星质量是地球的318倍,但木星的直径大约仅为土星的1.21倍。木星和土星一起占据太阳系总行星质量的92%。

土星拥有许多卫星,目前所发现的卫星数达到82颗。其中被命名的卫星中,11个是直径在300千米以下的小卫星,6个是直径在400-1500千米之间的中型卫星,还有一颗直径为5150千米的大卫星土卫六--泰坦。土卫六是土星系统中最大和太阳系中第二大的卫星,仅次于木卫三,比行星中的水星还要大,并且土卫六是太阳系仅有的拥有明显大气层的卫星。在土星的卫星当中,最内侧的6个都是小卫星,他们可能原本是大颗冰天体的碎片,与土星之间彼此有着密切的关系。

土星环位于土星的赤道面上。在空间探测前,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环宽又亮,它的内侧是c环,外侧是A环。A、b两环之间为宽约4800千米的卡西尼缝,产生环缝的原因是因为光环中有卫星运行,卫星的引力造成的。b环的内半径千米,外半径千米,宽度千米,可以并排安放两个地球。A环的内半径千米,外半径千米,宽度千米。c环很暗,它从b环的内边缘一直延伸到离土星表面只有千米处,宽度约千米。后来在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。发射探测器后,探测到两个新环--F环和G环。F环很窄,宽度不到800千米,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。探测器还测定了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。

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,竟然是一大片碎石块和冰块。他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大小不等、形状各异的环。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,也有辐射状的。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:组成环的物质就像车轮那样,步调整齐地绕着土星转,要求那些离得越远的碎石块和冰块运动的速度越快。这显然违背了已经掌握的物质运动定律。

看来,宇宙中的确还有很多奥秘,需要人类耐心探索呢。