土星——太陽系的璀璨瑰寶

2023.04.08 云南

土星是距離太陽從近到遠的第六顆行星，也是太陽系第二大行星。土星被成千上萬美麗的細環(huán)點綴著，在行星中獨樹一幟。它并不是唯一一顆擁有行星環(huán)（由冰塊和巖石組成）的行星，但沒有誰的光環(huán)像土星環(huán)那么繁復(fù)而壯觀。和同為氣態(tài)巨行星的木星一樣，土星也是一個大部分由氫和氦組成的巨大球體。

美國宇航局的卡西尼號探測器在土星停留了超過13年，隨著命運的終結(jié)，它與土星系統(tǒng)作了最后的告別——它打開廣角相機的快門，捕捉到了這最后一張完整的土星環(huán)照片（由抓拍到的一系列圖像合成）。兩天后，它壯烈地墜入了土星大氣層的懷抱。（圖片來源：NASA/JPL-Caltech/SSI）

2013年7月19日，在一次舉世矚目的盛事中，美國宇航局的卡西尼號探測器滑入土星的陰影，轉(zhuǎn)向拍攝這顆行星、它的七顆衛(wèi)星、它的內(nèi)環(huán)，以及背景中我們的家園——地球。（圖片來源：NASA/JPL-Caltech/SSI）

在這張由美國宇航局卡西尼號探測器拍攝的偽彩色圖像中，土星北極風暴旋轉(zhuǎn)的漩渦就像一朵巨大的絳色玫瑰，周圍環(huán)繞著蒼翠的枝葉。通過測量，這只暴風眼的直徑達到了驚人的1250英里（2000公里），云層速度高達每小時330英里（每秒150米）。（圖片來源：NASA/JPL-Caltech/SSI）

自太陽系誕生以來，土星經(jīng)歷了無數(shù)個晝夜交替，這一次，來自地球的使者、我們忠實的機器人探險家——卡西尼，第一次近距離目睹并以明暗交錯合成的方式捕捉到了一場晨昏更迭。（圖片來源：NASA/JPL-Caltech/SSI）

這兩張土星圖片不僅僅展示了颶風般的漩渦中心周圍的一小塊區(qū)域，還包括了整個南極區(qū)域。（圖片來源：NASA/JPL-Caltech/SSI）

關(guān)于土星的十件事

1．巨大的行星

土星的直徑幾乎橫跨了9個并排的地球，這還不包括土星環(huán)。

地球與土星的大小比較（圖片來源：Theplanets）

2．昏暗的光線

土星是距離太陽從近到遠的第六顆行星，其軌道距離太陽約8.86億英里（14億公里）。

太陽系八大行星（圖片來源：TMS Forums）

3．日短年長

土星自轉(zhuǎn)一周大約需要10.7小時（確切時長無人知曉），繞太陽公轉(zhuǎn)一周則需要29個地球年。

4．氣態(tài)巨行星

土星是一顆氣態(tài)巨行星，因此它不像地球那樣有著堅實的表面，但在其中可能有一個固體核心。

土星與木星的結(jié)構(gòu)（圖片來源：University of Edinburgh，NASA）

5．“熱”空氣

土星的大氣主要由氫（H2）和氦（He）組成。

6．微型 “太陽系”

土星有53顆已知的衛(wèi)星，另有29顆衛(wèi)星等待確認——總共是82顆衛(wèi)星。（注：以前為9顆等待確認，后新增20顆）

2011年7月29日，卡西尼號用窄角相機在一幀內(nèi)拍攝到了土星的五顆衛(wèi)星。（圖片來源：NASA/JPL-Caltech/SSI）

7．閃耀的光環(huán)

土星有最壯觀的光環(huán)系統(tǒng)，包含七個光環(huán)，它們之間有幾個間隙和間隔。

土星環(huán)（圖片來源：NASA/JPL-Caltech/SSI）

8．難得的目的地

探訪土星的航天任務(wù)很少，先驅(qū)者11號、旅行者1號和2號曾飛掠土星，卡西尼號則在2004年至2017年繞土星飛行了294次。

環(huán)繞土星飛行的卡西尼號探測器（圖片來源：NASA/JPL-Caltech）

9．無生命的龐然大物

正如我們所知，土星的條件無法維持生命，但土星的一些衛(wèi)星有著可能維持生命的條件。

10．加一點來自地球的碎片

土星的質(zhì)量中有大約兩噸來自地球——2017年，卡西尼號探測器被設(shè)計墜落并蒸發(fā)于土星大氣中。

你知道嗎？每隔29年半，土星環(huán)會“消失”一次

這其實是一種錯覺：當土星環(huán)以邊緣朝向地球時，從地球的視角幾乎看不到土星環(huán)，通過強大的望遠鏡觀察它也只是若隱若現(xiàn)。

這是自然界最具戲劇性的小把戲之一——“現(xiàn)在你看見了，現(xiàn)在你又看不見了”，美國宇航局的哈勃太空望遠鏡捕捉到了光環(huán)以邊緣朝向地球的土星。（圖片來源：NASA/JPL/STScI）

流行文化中的土星

土星也許是我們太陽系中最具代表性的行星了。它在流行文化中大量存在，為許多科幻故事、電影和電視劇、漫畫以及視頻游戲提供了背景，包括《克魯蘇神話》、《機器人瓦力》、《2001：太空漫游》、《星際迷航》、《死亡空間2》和《最終幻想7》。在蒂姆·伯頓的電影《甲蟲汁》中，一個塵土飛揚、虛構(gòu)的土星上布滿了巨大的沙蟲。在2014年的電影《星際穿越》中，讓宇航員能夠前往另一個星系的蟲洞出現(xiàn)在土星附近。

圖片來源：電影《星際穿越》劇照

土星Saturn也是周六Saturday這個名字的起源，這可以說是一周中最美好的一天了。

更多土星知識

土星被60多顆已知衛(wèi)星環(huán)繞著，它是太陽系中一些最迷人的世外桃源的家園。從銀裝素裹的土衛(wèi)二（恩克拉多斯）噴出的水柱，到霧鎖云籠的土衛(wèi)六（泰坦）上的甲烷湖，許多科學(xué)發(fā)現(xiàn)都來源于土星系統(tǒng)，在那里，至今仍有許多謎團尚未解開。

這張海報展示了由歐洲航天局惠更斯探測器的降落成像儀/光譜輻射計(DISR)以四個主要方向（北、南、東、西）在土衛(wèi)六表面上五個不同高度獲得的圖像。（圖片來源：NASA/JPL-Caltech/SSI）

土星是人類肉眼發(fā)現(xiàn)的距離地球最遠的行星，自古以來就被人們所知。這顆行星以羅馬的農(nóng)業(yè)和財富之神薩圖恩命名為“Saturn”，薩圖恩也是眾神之王朱庇特（木星以他命名為“Jupiter”）的父親。

尺寸和距離

土星的半徑為36183.7英里（58232公里），比地球?qū)?倍。如果地球只有一個鎳幣那么大，土星大概有排球那么大。

土星距離太陽9.5個天文單位（太陽到地球的距離為一個天文單位AU），平均距離為8.86億英里（14億公里）。太陽光從太陽到土星需要80分鐘。

太陽系示意圖（圖片來源：Thunderboltkids）

軌道與旋轉(zhuǎn)

一個土星日是太陽系中第二短的“一天”。土星上的一天（土星自轉(zhuǎn)一周所需的時間）有10.7小時，土星上的一年（土星繞太陽一周所需的時間）大約為29.4個地球年（10756個地球日）。

土星的軸線相對于它繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道傾斜了26.73度，這與地球23.5度的傾角相近。這意味著，就像地球一樣，土星也經(jīng)歷著四季變換。

結(jié)構(gòu)

和木星一樣，土星主要由氫和氦組成。土星的中心有一個由鐵和鎳等金屬組成的致密核心，周圍環(huán)繞著在高溫高壓下凝固的巖石物質(zhì)和其他化合物。它被液態(tài)金屬氫包裹在一層類似木星核心的液態(tài)氫層中，但體積要比后者小得多。

雖然很難想象，但土星的確是我們太陽系中唯一一顆平均密度低于水的行星——給我一個浴缸，我可以讓木星漂浮起來。

土星的結(jié)構(gòu)和組成（圖片來源：Wikipedia）

形成

土星是在45億年前和太陽系的其他部分一同形成的，那時，萬有引力把旋轉(zhuǎn)的氣體和塵埃拉進來，形成了這個氣態(tài)巨行星。大約40億年前，土星在太陽系外圍，也是現(xiàn)在的位置安頓下來，在這里，它成為了太陽從遠到近排列的第六顆行星。與木星一樣，土星主要由氫和氦構(gòu)成，這兩種元素也構(gòu)成了太陽。

表面

作為一個氣態(tài)巨行星，土星并沒有真正的表面。這顆行星主要由在更深處旋轉(zhuǎn)的氣體和液體構(gòu)成。航天器在土星上無處落腳，也不可能安然無恙地飛過。土星內(nèi)部的極端高溫高壓會壓碎、融化和蒸發(fā)試圖飛入的航天器。

這一系列來自卡西尼號的圖片顯示了土星上每30年爆發(fā)一次的巨大風暴的發(fā)展過程。（圖片來源：NASA/JPL-Caltech）

大氣

土星被看起來像是模糊條紋、急流和風暴的云層覆蓋，它有許多深淺不同的黃色、棕色和灰色。

土星赤道地區(qū)高層大氣的風速達到每秒1600英尺（500米）。而地球上最強颶風的速度峰值也只能達到每秒360英尺（110米）。這里的氣壓——相當于潛入水下深處時所感受到的壓強，強大到可以把把氣體擠壓成液體。

土星的北極有一有趣的大氣特征——一個六邊形噴流。這個六邊形圖案最早是在旅行者一號的圖像中發(fā)現(xiàn)的，此后卡西尼號對其進行了更仔細的觀察。這個六邊形是一個波狀急流，直徑約20000英里（30000公里），中心有一個巨大的旋轉(zhuǎn)風暴，風速為每小時200英里（約合每小時322公里）。在太陽系中，再沒有任何一個地方擁有像它一樣的天氣特征。

土星北極的六邊形風暴（圖片來源：NASA/JPL-Caltech）

磁層

土星的磁場比木星的磁場小，但仍然是地球磁場強度的578倍。土星、土星環(huán)和許多衛(wèi)星都完全被包裹在土星巨大的磁層內(nèi)，在這個空間中，帶電粒子的行為受土星磁場的影響比受太陽風的影響更大。

卡西尼號發(fā)現(xiàn)了輻射帶、土星與D環(huán)之間的電流；復(fù)雜的有機物從土星環(huán)上落下；帶電荷的內(nèi)環(huán)粒子沿磁場線移動；土星磁場微小的傾斜角度得以近距離測量。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

當帶電粒子沿著磁場線旋轉(zhuǎn)進入行星大氣層時，極光產(chǎn)生了。在地球上，這些帶電粒子來自太陽風，而卡西尼號顯示，土星的極光中至少有一部分與木星的極光相似，基本上不受太陽風的影響。這些極光是在土星衛(wèi)星噴出的粒子和土星磁場的高轉(zhuǎn)速共同作用下產(chǎn)生的。不過，這種“非太陽起源”的極光還沒有被理解透徹。

土星環(huán)

據(jù)推測，土星環(huán)可能是彗星、小行星或破碎衛(wèi)星的碎片，它們被土星強大的引力撕裂，在到達土星之前就解體了。土星環(huán)由數(shù)十億覆蓋著灰塵等其他物質(zhì)粒子的小塊冰和巖石組成，它們小如塵埃大如房屋，有幾個甚至像山一樣大。如果你從土星的云頂上觀察這些光環(huán)，它們看起來大多是白色的，有趣的是，每一圈光環(huán)都以不同的速度圍繞土星運行。

土星環(huán)（圖片來源：Wordlesstach）

土星的光環(huán)系統(tǒng)延伸到距離土星175000英里（282000公里）的位置，主環(huán)的垂直厚度通常在30英尺（10米）左右。這些環(huán)以被發(fā)現(xiàn)的順序按字母表命名，除了將A環(huán)和B環(huán)分開的卡西尼縫（一圈寬度為4700公里的間隙），它們彼此挨得比較近。A環(huán)、B環(huán)和C環(huán)為主環(huán)，D環(huán)、E環(huán)、F環(huán)和G環(huán)較暗，發(fā)現(xiàn)時間較晚。

土星環(huán)主環(huán)A環(huán)、B環(huán)和C環(huán)（圖片來源：Wordlesstach）

從土星開始，向外依次是D環(huán)，C環(huán)，B環(huán)，卡西尼縫，A環(huán)，F(xiàn)環(huán)，G環(huán)，最后是E環(huán)。在更遠的地方，土衛(wèi)九菲比的軌道上還有一個非常暗淡的菲比環(huán)。

衛(wèi)星

土星是一群有趣而獨特的星球的家園。從薄霧籠罩的土衛(wèi)六（泰坦）到表面布滿隕石坑的土衛(wèi)九（菲比），土星的每一顆衛(wèi)星都講述了圍繞土星系統(tǒng)的另一段故事。目前土星有53顆已確認的衛(wèi)星，還有29顆臨時衛(wèi)星等待確認。

土衛(wèi)六和土星幾乎沒有共同之處，但朦朧的外表是他們的共同特征之一。雖然他們在這張照片中看起來很相似，但“星”不可貌相。（圖片來源：NASA/JPL-Caltech/SSI）

生命的潛力

正如我們所知，土星的環(huán)境對生命是不利的。這里的氣溫、氣壓和這顆行星的特征成分對于有機體來說都太過于極端和不穩(wěn)定。

雖然土星是一個不太可能讓生命體存活的地方，但它的許多衛(wèi)星卻并非如此。像土衛(wèi)二（恩克拉多斯）和土衛(wèi)六（泰坦）這樣擁有內(nèi)部海洋的衛(wèi)星，或許可以可能支持生命的存在。

作者: NASA

FY: 胖頭魚

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