太阳系中最美丽的大行星——土星

太阳系中最美丽的大行星——土星

土星是太阳系中最美丽、最漂亮的行星，清晰可见的光环犹如一顶宽边草帽，格外引人注目。尽管20世纪70～80年代陆续在天王星、木星、海王星也发现有光环，但都狭窄、暗弱，土星光环仍以其宽大、壮观而独领风骚。

我国古代称土星为镇星、填星。因其公转周期大约为29.5年,我国古代有28宿,从地球上看天穹，它位置几乎每年换一宿，有镇住或填满该宿之意。土星命名为土，土生五谷，供人类食用，倒也名副其实，故有谷神和社神涵义，即农神。

土星在天球运行，远慢于水、金、火、木诸同伴。西方人认为，人生见不得它转几圈，便将它视为把握时间和命运的象征。希腊神话中称之为天神克洛诺斯，在推翻其父乌拉诺斯之后登上众神之王宝座。克洛诺斯是哈得斯、波塞冬、宙斯、赫拉等神之父，后被其子宙斯打败并取而代之。在罗马神话中，克洛诺斯叫萨特恩（萨特恩努斯），也是农神的意思。看来不管东方还是西方，都把土星与人类生存密切相关的农业联系在一起。

1979年8月，“先驱者11号”飞临土星，是人类第一个就近研究土星的人造天体。1980年和1981年，“旅行者1号”和“旅行者2号”再次从土星身边掠过，发回两万多张照片和大量信息，使我们对这位老朋友有了更多的了解。

土星赤道直径12万千米，极直径10.95万千米，在众弟兄中扁率最大。体积和质量分别是地球的745倍和95.2倍。是目前八大行星中仅次于木星的二哥。其中心部分是一个直径1.2万千米由岩石和铁组成的核心，平均密度6克/立方厘米；中间层厚约3.6万千米，主要成分是冰和金属氢，平均密度1.55克/立方厘米；外层充斥氢、氨、甲烷等气体，厚约1.8万千米，平均密度0.25克/立方厘米。

不难算出，土星平均密度只有0.70克/立方厘米，也就是说土星好像一个巨大的气球，因比水还要轻，可以漂浮在水面上。可是要到哪里去找足够大的水盆呢？

土星和其他行星一样，围绕太阳在椭圆轨道上运行。绕太阳公转的轨道半径，即与太阳的平均距离为142，940万千米（约合9.54天文单位），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10759.5天，相当于约29.5地球年，公转平均速度约9.6千米／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10小时14分，在纬度60°处10小时40分，也就是说土星一昼夜只有10个多小时。这一差异也因为其表面不是地球那样固体表面，由于快速自转，使得它的形状是太阳系大行星中最扁的一个。赤道直径比极直径多出1万多千米，这几乎相当于地球的直径。也就是说，在土星极点安放上的地球，这个“扁葫芦”的整体高度比葫芦的粗腰长出不了多少。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，即使是夏季也是极其寒冷的，因为在—140°C。

在1781年威廉·赫歇尔发现天王星之前，人们曾一直认为土星是距离太阳最远的行星。也就是说，以土星轨道为止就是太阳系的大小范围。尽管它距离我们比水、金、火、木诸弟兄远得多（13亿——16亿千米），因为和木星一样属于巨行星，依然很明亮。最亮时视星等为—0.67等，仅次于恒星中的天狼星和老人星，亮于著名的织女一、参宿七、五车二和大角星。

土星的磁场和辐射带比地球大得多，磁场是地球磁场的1000倍，辐射带是地球的100倍。土星有稠密的大气，其主要成分是氢和氦，还有甲烷、氨等。土星表面平行于赤道面，有许多明暗交替的条带，虽然不如木星云带那样鲜艳，但比木星云带规则得多。以金黄色为主，还有橘黄色、淡黄色等。有时也会出现亮斑、暗斑或白斑。1933年8月，一位英国天文爱好者W.T.海发现赤道区大白斑，呈蛋形，长度达土星直径的1／5。以后这块白斑逐渐扩大，几乎蔓延到整个赤道带。虽然其大小和稳定性还比不上木星大红斑，但显示出其剧烈活动程度远远超过地球上最强烈的风暴。探测器飞临时，曾在土星大气层发现了一道巨大的闪电，跨度竟有不可思议的6万多千米，相当于地球直径的5倍！

土星之美丽、壮观，首推光环。土星光环与彗星、流星雨、超新星并称为“四大天象奇观”。

1610年，当意大利科学家伽利略在人类历史上第一次把望远镜对准土星时，发现土星的圆面两侧有好像人耳朵一样的东西。他误认为土星可能是由一大二小三个天体组成，也曾怀疑是两颗卫星。但“卫星”并没有绕土星公转，两年后两颗“卫星”竟然失踪，三年后又重新出现。他一直不敢公布观察结果。这也难怪，他的天文望远镜太小、太原始了。很为伽利略老人难过，未能解开谜团也许是他终身的遗憾！

半个世纪后的1659年，荷兰科学家惠更斯用更大更先进的望远镜进行观测，终于揭开了这个谜。土星的这两个“耳朵”实际上是连在一起的，是一个环绕土星的扁平圆环。

由于土星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，土星环内除卡西尼环缝以外，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。惟有A环中的恩克环缝宽876千米，虽然稳定，但不完整。科学家认为这些环缝是土星卫星的引力共振造成的。“先驱者11号”在A环与F环之间又发现了一个新的环缝，称之为“先驱者环缝”，“先驱者”当之无愧！

“旅行者1号”和“旅行者2号”探测器传回的土星照片，让科学家目瞪口呆。公之于世后，更令全世界目瞪口呆。土星环竟然是不计其数的碎石和冰块，直径从几厘米到几十厘米不等，只有极少量超过1米的。环平面内有成千上万大小不等、宽窄不一、形状各异的环。有的对称，有的不对称，有的完整，有的比较完整，有的残缺不全。环的形状有锯齿形的，有辐射状的，有的环好像维吾尔姑娘的发辫，纠缠扭结在一起。不可思议的还有大环套小环。所有的环从贴近土星表面不远处，一直延伸到距离土星32万千米处。而地球到月球的距离不过是38.44万千米。

你能够想象它们的厚度有多少吗？告诉你，只有10千米左右！这岂是“薄如纸”可以形容的？

起初的二百年间，人们认为土星环是一个或几个扁平的固体物质盘。之所以说是几个，是因为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。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“颗粒”在土星赤道面上绕土星旋转的物质系统。1895年，美国天文学家基勒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。从土星环掩星并没有把被掩的星光完全挡住，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。

光环位于土星的赤道面上，与黄道面夹角为26°45′。在20世纪70年代空间探测器拜访以前，从地面观测得知土星环有5个，包括A环、B环、C环三个主环和D环、E环两个暗环。

B环宽而亮，其内侧是C环，外侧是A环。A环和B环之间为宽约5，000千米的卡西尼环缝。 B环内外半径分别为 91，500千米和116，500千米，宽25，000千米，如果把它比作圆形跑道，可以并排安放两个地球在上面赛跑。

A环的内外半径分别为121，500千米和137，000千米，宽15，500千米。C环很暗，从B环的内边缘一直延伸到离土星表面只有12，000千米处，宽约19，000千米。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，延伸至五、六个土星半径以外。

1979年9月，“先驱者11号”探测到F环和G环两个新环。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，距离土星中心大约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多。还根据紫外辉光观测发现，在土星的可见环周围有巨大的氢云。

土星有太阳系中最庞大的卫星系统，至少有60多颗。（截止2019年，土星卫星数已达82颗，暂时超过木星79颗。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。）