第3章 火星的極地冰蓋(1)(2 / 3)

土星運動遲緩,人們便將它看做掌握時間和命運的象征。羅馬神話中稱之為第二代天神克洛諾斯,它是在推翻父親之後登上天神寶座的。無論東方還是西方,都把土星與人類密切相關的農業聯係在一起,在天文學中表示的符號,像是一把主宰著農業的大鐮刀。

土星是太陽係九大行星(現為八大行星)之一,按離太陽由近及遠的次序為第六顆。中國古代稱土星為填星或鎮星。

在1781年發現天王星之前,人們曾認為土星是離太陽最遠的行星。在望遠鏡中可以看到土星被一條美麗的光環圍繞。土星還有較多的衛星,到1978年為止,已發現並證實的有10個,以後又陸續有人提出新的發現。

土星在很多方麵像木星,如它與木星同屬於巨行星,它的體積是地球的745倍,質量是地球的95.18倍。在太陽係九大行星中,土星的大小和質量僅次於木星,占第二位。它像木星一樣被色彩斑斕的雲帶所繚繞,並被較多的衛星所拱衛。它由於快速自轉而呈扁球形。赤道半徑約為60,000公裏。土星的平均密度隻有0.70克/厘米3,是九大行星中密度最小的。如果把它放在水中,它會浮在水麵上。土星的大半徑和低密度使其表麵的重力加速度和地球表麵相近。土星在衝日時的亮度可與天空中最亮的恒星相比。由於光環的平麵與土星軌道麵不重合,而且光環平麵在繞日運動中方向保持不變,所以從地球上看,光環的視麵積便不固定,從而使土星的視亮度也發生變化。當土星光環有最大視麵積時,土星顯得亮一些;當視線正好與光環平麵重合時,光環便呈現為一條直線,土星就顯得暗些。二者之間的亮度大約相差3倍。

土星繞太陽公轉的軌道半徑約為14億公裏,它的軌道是橢圓的。它同太陽的距離在近日點時和在遠日點時相差約1.5億公裏。土星繞太陽公轉的平均速度約為每秒9.64公裏,公轉一周約29.5年。土星也有四季,隻是每一季的時間要長達7年多,因為離太陽遙遠,即使是夏季也極其寒冷。土星自轉很快,但不同緯度自轉的速度卻不一樣,這種差別比木星還大。赤道上自轉周期是10小時14分,緯度60度處則變成10小時40分。這就是說在土星赤道上,一個晝夜隻有10小時零14分。

土星大氣以氫、氦為主,並含有甲烷和其他氣體,大氣中飄浮著由稠密的氨晶體組成的雲。從望遠鏡中看去,這些雲像木星的雲一樣形成相互平行的條紋,但不如木星雲帶那樣鮮豔,隻是比木星雲帶規則得多。土星雲帶以金黃色為主,其餘是橘黃色、淡黃色等。土星的表麵同木星一樣,也是流體的。它赤道附近的氣流與自轉方向相同,速度可達每秒500米,比木星上的風力要大得多。

土星極地附近呈綠色,是整個表麵最暗的區域。根據紅外觀測得知,雲頂溫度為-170℃,比木星低50℃。土星表麵的溫度約為-140℃。土星表麵有時會出現白斑,最著名的白斑是1933年8月發現的,這塊白斑出現在赤道區,呈蛋形,長度達到土星直徑的1/5.以後這個白斑不斷地擴大,幾乎蔓延到整個赤道帶。

由於這顆行星表麵溫度較低而逃逸速度又大(35.6公裏/秒),使土星保留著幾十億年前它形成時所擁有的全部氫和氦。因此,科學家認為,研究土星目前的成分就等於研究太陽係形成初期的原始成分,這對於了解太陽內部活動及其演化有很大幫助。一般認為土星的化學組成像木星,不過氫的含量較少。土星上的甲烷含量比木星多,而氨的含量則比木星少。

1973年4月美國發射的行星際探測器“先驅者”11號發現土星有一個由電離氫構成的廣延電離層,其高層溫度約為977℃。觀測結果表明,土星極區有極光。

目前認為,土星形成時,起先是土物質和冰物質吸積,繼之是氣體積聚。因此,土星有一個直徑20,000公裏的岩石核心。這個核占土星質量的10%到20%,核外包圍著5,000公裏厚的冰殼,再外麵是8,000公裏厚的金屬氫層,金屬氫之外是一個廣延的分子氫層。

1969年,一架飛機在地球大氣高層對土星的熱輻射作了紅外觀測,發現土星和木星一樣,它輻射出的能量是它從太陽接收到的能量的兩倍。這表明土星和木星一樣有內在能源。後來“先驅者”11號的紅外探測證實了這一點,測得土星發出的能量是從太陽吸收到的25倍。

土星的光環

1610年,意大利天文學家伽利略觀測到在土星的球狀本體旁有奇怪的附屬物。1659年,荷蘭學者惠更斯證認出這是離開本體的光環。1675年意大利天文學家卡西尼,發現土星光環中間有一條暗縫,後稱卡西尼環縫。他還猜測,光環是由無數小顆粒構成。兩個多世紀後的分光觀測證實了他的猜測。但在這200年間,土星環通常被看做是一個或幾個扁平的固體物質盤。直到1856年,英國物理學家麥克斯韋從理論上論證了土星環是無數個小衛星在土星赤道麵上繞土星旋轉的物質係統。