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物理特性

  土星和地球大小的概略比較。

由于其低密度、高速自轉(zhuǎn)和流體的可變性，土星的外形呈現(xiàn)為一個橢球體，也就是極軸相對扁平而赤道相對突出，它的赤道直徑和兩極直徑之比相差大約10%（前者120,536公里，后者108,728公里） 。其它氣體行星雖然也是橢球體，但突出程度都較小。雖然土星核心的密度遠(yuǎn)高于水，但由于存在較厚的大氣層，土星仍是太陽系中唯一密度低于水的行星，它的比重是0.69 公克/公分3。土星的質(zhì)量是地球的95倍 ，相較之下木星質(zhì)量是地球的318倍 ，但直徑只比土星大約20% 。木星和土星一起在太陽系持有總行星質(zhì)量的92%。

內(nèi)部構(gòu)造

土星被稱為氣態(tài)行星，但它并不完全是氣態(tài)的。行星主要包括氫氣，在密度為0.01 g/cm 以上時氫氣變成了非理想液體。此密度被達(dá)到在包含99.9％土星質(zhì)量的半徑。從行星內(nèi)部直到的核心的溫度，壓力和密度全都是穩(wěn)步上升，使在行星的更深層導(dǎo)致氫氣轉(zhuǎn)變成金屬。

雖然只有少量的直接資料，但標(biāo)準(zhǔn)的行星模型表明，土星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)仍被認(rèn)為與木星相似，即有一個被氫和氦包圍著的小核心。巖石核心的構(gòu)成與地球相似但密度更高。在核心之上，有更厚的液體金屬氫層，然后是數(shù)層的液態(tài)氫和氦層，在最外層是厚達(dá)1,000 公里的大氣層 ，也存在著各種型態(tài)冰的蹤跡。估計核心區(qū)域的質(zhì)量大約是地球質(zhì)量的9–22倍 。

土星有非常熱的內(nèi)部，核心的溫度高達(dá)11 700 °C，并且輻射至太空中的能量是它接受來自太陽的能量的2.5倍。大部分能量是由緩慢的重力壓縮（克赫歷程）產(chǎn)生，但這還不能充分解釋土星的熱能制造過程。額外的熱能可能由另一種機(jī)制產(chǎn)生：在土星內(nèi)部深處，液態(tài)氦的液滴如雨般穿過較輕的氫，在此過程中不斷地通過摩擦而產(chǎn)生熱 。

  土星示意圖

大氣層

土星外圍的大氣層包括96.3%的氫和3.25%的氦，可以偵測到的氣體還有氨、乙炔、乙烷、磷化氫和甲烷 。上層的云由氨的冰晶組成，較低層的云則由硫化氫銨（NH 4 SH）或水組成 。相對于太陽所含有的豐富的氦，土星大氣層中氦的豐盈度明顯低得多。

對于比氦重的元素的含量，目前所知不甚精確；但如果假設(shè)與太陽系形成時的原始豐盈度是相當(dāng)?shù)模瑒t可估算出這些元素的總質(zhì)量是地球質(zhì)量的19–31倍，而且大部分都存在于土星的核心區(qū)域 。

云層

  土星的溫度輻射圖：土星南極底部是一個明顯的熱點。

土星的上層大氣與木星相似（在相同定義的前提下），同樣都有著一些條紋；但土星的條紋比較暗淡，并且赤道附近的條紋也比較寬。從底部延展至大約10公里高處，是由水冰構(gòu)成的層次，溫度大約是-23 °C。在這之后是硫化氫氨冰的層次，延伸出另外的50公里，溫度大約在-93 °C，在這之上是80公里的氨冰云，溫度大約是-153 °C。接近頂部，在云層之上200 公里至270 是可以看見的云層頂端，由數(shù)層氫和氦構(gòu)成的大氣層 。土星的風(fēng)速是太陽系中第二高的，僅次于海王星，航海家計劃的數(shù)據(jù)顯示土星的東風(fēng)最高可達(dá)500 m/s（1,800公里/時） 。直到航海家探測器飛越土星，比較纖細(xì)的條紋才被觀測到。然而從那之后，地基望遠(yuǎn)鏡也被改善到在通常情況下都能夠觀察到土星的這些細(xì)紋。

土星的大氣層通常都很平靜，偶爾會出現(xiàn)一些持續(xù)較長時間的長圓形特征，以及其他在木星上常常出現(xiàn)的特征。1990年，哈伯太空望遠(yuǎn)鏡在土星的赤道附近觀察到一朵極大的白云，是在航海家與土星遭遇時未曾看見的，在1994年又觀察到另一朵較小的白云風(fēng)暴。1990年的白云是大白斑的一個例子，這是在每一個土星年（大約30個地球年），當(dāng)土星北半球夏至的時候所發(fā)生的獨特但短期的現(xiàn)象 。之前的大白斑分別出現(xiàn)在1876、1903、1933和1960年，并且以1933年的最為著名。如果這個周期能夠持續(xù)，下一場大風(fēng)暴將在大約2020年發(fā)生 。

  卡西尼號看見的土星，通過環(huán)看見的土星呈現(xiàn)藍(lán)色。

來自卡西尼號太空船的最新圖像顯示，土星的北半球呈現(xiàn)與天王星相似的明亮藍(lán)色（見下圖）。這種藍(lán)色非?？赡苁怯扇鹄⑸湓斐傻?，但因為當(dāng)時土星環(huán)遮蔽住了北半球，因此從地球上無法看見這種藍(lán)色。

 航海家1號發(fā)現(xiàn)北極區(qū)的六邊形云彩特征，并在2006年被卡西尼號太空船證實 。

天文學(xué)家通過分析紅外線影像發(fā)現(xiàn)土星有一個“溫暖”的極地漩渦，這種特征在太陽系內(nèi)是獨一無二的。天文學(xué)家認(rèn)為這個點是土星上溫度最高的點，土星上其他各處的溫度是-185 °C，而該漩渦處的溫度則高達(dá)-122 °C 。

在航海家1號的影像中最先被注意到的是一個長期出現(xiàn)在78°N附近，圍繞著北極的六邊形漩渦 。不同于北極，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡所拍攝到的南極區(qū)影像有明顯的“噴射氣流”，但沒有強(qiáng)烈的極區(qū)漩渦，也沒有“六邊形的駐波” 。但是，NASA報告卡西尼號在2006年11月觀測到一個位于南極像颶風(fēng)的風(fēng)暴，有著清晰的眼壁 。這是很值得注意的觀測報告，因為在過去除了地球之外，沒有在任何的行星上觀測到眼壁云（包括伽利略號太空船在木星的大紅斑上都未能發(fā)現(xiàn)眼壁云） 。

在北極的六邊形中每一邊的直線長度大約是13 800 公里，整個結(jié)構(gòu)以10h 39 m 24s自轉(zhuǎn)，與行星的無線電波輻射周期一樣，這也被認(rèn)為是土星內(nèi)部的自轉(zhuǎn)周期。這個六邊形結(jié)構(gòu)像大氣層中可見的其他云彩一樣，在經(jīng)度上沒有移動。

這個現(xiàn)象的規(guī)律性的起源仍在猜測之中，多數(shù)的天文學(xué)家認(rèn)為是在大氣層中某種形式的駐波，但是六邊形也許是一種新型態(tài)的極光。在實驗室的流體轉(zhuǎn)動桶內(nèi)已經(jīng)模擬出了多邊型結(jié)構(gòu) 。

磁層

土星有一個簡單的具有對稱形狀的內(nèi)在磁場——一個磁偶極子。磁場在赤道的強(qiáng)度為0.2 高斯（20μT），大約是木星磁場的20分之一，比地球的磁場強(qiáng)大，為地球的20倍 ；由于強(qiáng)度遠(yuǎn)比木星的微弱，因此土星的磁層僅延伸至土衛(wèi)六軌道之外 。磁層產(chǎn)生的原因很有可能與木星相似——由金屬氫層（被稱為“金屬氫發(fā)電機(jī)”）中的電流引起 。與其他的行星一樣，土星磁層會受到來自太陽的太陽風(fēng)內(nèi)的帶電微粒影響而產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)。衛(wèi)星土衛(wèi)六的軌道位于土星磁層的外圍，并且土衛(wèi)六的大氣層外層中的帶電粒子提供了等離子體 。

軌道和自轉(zhuǎn)

  六邊型風(fēng)暴特征的動畫。

土星和太陽的平均距離超過了1 400 000 000 公里（9天文單位），軌道上運行的平均速度是9.69 公里/秒 ，所以土星上的一年（即土星繞太陽公轉(zhuǎn)一周）相當(dāng)于10 759個地球日（或是28.5地球年） 。土星的橢圓軌道相對于地球軌道平面的傾角為2.48° ，因為離心率為0.056，因此土星與太陽在近日點和遠(yuǎn)日點（行星在軌道路徑上與太陽最近和最遠(yuǎn)的兩個點）之間的距離變化大約為155 000 000 公里 。

土星可見的特征（如六邊型風(fēng)暴）的自轉(zhuǎn)速率根據(jù)所在緯度的不同而有所不同，各個的區(qū)域的自轉(zhuǎn)周期如下：“系統(tǒng)I”的周期是10 h 14 min 00 s（844.3°/d），包含的是赤道區(qū)域，從南赤道帶的北緣延伸至北赤道帶的南緣；其他的緯度都屬于周期為10 h 39 min 24 s（810.76°/d）的“系統(tǒng)II”；基于航海家飛越土星時發(fā)現(xiàn)的無線電波，“系統(tǒng)III”的周期為10 h 39 min 22.4 s（810.8°/d）；因為與系統(tǒng)II非常接近，它可以很大程度上替代系統(tǒng)II。

然而，精確的內(nèi)部周期仍然未能確定?？ㄎ髂崽沾?004年接近土星時，發(fā)現(xiàn)無線電的周期又有可察覺的增加，達(dá)到10 h 45 m 45 s（± 36 s） 。造成變化的原因仍不清楚，但這種變化被認(rèn)為是由于無線電的來源在土星內(nèi)部不同的緯度上運動而改變了自轉(zhuǎn)周期，而不是出自土星本身自轉(zhuǎn)周期上的變化。

而后，在2007年，無線電發(fā)射被發(fā)現(xiàn)沒有跟隨著行星一起旋轉(zhuǎn)，而可能是由等離子體圓盤的對流造成的，它也與除了行星的自轉(zhuǎn)之外的其他因素有關(guān)。有報道指出，這種測量到的自轉(zhuǎn)周期的變化也許是由土星衛(wèi)星土衛(wèi)二上的噴泉活動造成的。由這種活動而散布進(jìn)入土星軌道的水蒸氣被電離，從而影響了土星的磁場，使得磁場的旋轉(zhuǎn)速度相對于土星的自轉(zhuǎn)被稍稍降低。目前還沒有方法可以直接測定土星核心的自轉(zhuǎn)速率

在2007年9月的報告中，根據(jù)各種測量結(jié)果（包括卡西尼、航海家和先鋒號的報告）綜合而得的對土星自轉(zhuǎn)的最后估計值是10小時32分35秒 。

土星環(huán)

 土星環(huán)是太陽系中最引人注目的景象（這張影像是卡西尼太空船在2007年拍攝的） 。

土星最為人知的莫過于它的行星環(huán)系統(tǒng)了，土星環(huán)被認(rèn)為是太陽系內(nèi)所觀察到的令人印象最深刻的景觀 。

歷史

土星因為它美麗的行星環(huán)而出名，它也是最早被發(fā)現(xiàn)具有光環(huán)的行星。土星環(huán)首先被伽利略在1610年7月用他自制的望遠(yuǎn)鏡觀察到了，但因為望遠(yuǎn)鏡成象不好，他并沒有意識到這是一個環(huán)。他在寫給托斯卡納大公的信上說到：“土星不是單一的個體，它由三個部分組成，這些部分幾乎都互相接觸著，并且彼此間沒有相對的運動，它們的連線是與黃道平行的，并且中央部分（土星本體）大約是兩側(cè)（環(huán)的邊緣）的三倍大”。他也把土星描述成是有“耳朵”的。在1612年，土星環(huán)以側(cè)面朝向地球，因此看起來似乎是消失不見了，伽利略因此而感到困惑不解，“是土星吞掉了它的孩子？”（指的是希臘神話中，農(nóng)神為了防止他們的子孫造反奪權(quán)，會吃掉自己的孩子） 。然后，在1613年他又再次看見了環(huán)，這使伽利略更加困惑 。

在1655年，克里斯蒂安·惠更斯觀測到完整的土星環(huán)，他使用了一個比在伽利略時代能得到強(qiáng)大得多的望遠(yuǎn)鏡。惠更斯觀測土星并寫道：“它（土星）被一個薄且平坦的環(huán)環(huán)繞著，環(huán)與土星沒有接觸，并且相對黃道傾斜。”

在1675年，喬凡尼·卡西尼確定土星環(huán)由許多較小的環(huán)組成，中間并且有縫存在著，其中最明顯的環(huán)縫在不久之后被命名為卡西尼縫?？ㄎ髂峥p存在于A環(huán)和B環(huán)之間，寬度有4800 公里 。

在1859年，詹姆斯·克拉克·馬克士威提出土星環(huán)不可能是固體的，否則將會因為不穩(wěn)定而碎裂。他認(rèn)為環(huán)是由為數(shù)眾多的小顆粒組成的，每個顆粒都獨立地環(huán)繞著土星運行 。透過光譜學(xué)的研究，立克天文臺的詹姆斯·基勒在1895年證實了馬克士威的理論。

物理特性

  土星環(huán)橫跨過衛(wèi)星土衛(wèi)六的一個奇異的景象，一個明亮的月牙形和內(nèi)部的球狀陰影，右下方為小衛(wèi)星土衛(wèi)二造成的陰影，在土衛(wèi)二的南極可以看見昏暗的冰火山。圖片是卡西尼太空船在2006年拍攝的，北方朝上。

使用簡單的現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡或是品質(zhì)精良的雙筒望遠(yuǎn)鏡就可以看見土星環(huán)。它在赤道上從距離土星6 630 公里延伸至120 700 公里處，但平均的厚度大約只有20米，主要的成分93%是水冰和少量參雜在其中的復(fù)雜有機(jī)懸浮物托林，其余7%是無定型的碳 ，它們的大小從塵土的斑點到一輛小汽車的大小都有 。關(guān)于土星環(huán)的起源有兩種主要的理論。一種理論是在19世紀(jì)提出的起源于洛希極限，認(rèn)為環(huán)原本是土星的一顆衛(wèi)星，因為軌道的衰減而落入洛希極限的范圍內(nèi)，因本身不夠緊密而被潮汐力扯碎（參見洛希極限），這種理論又演變出衛(wèi)星被小行星或彗星撞擊而瓦解的學(xué)說。第二種理論認(rèn)為它并非來自衛(wèi)星，而是從形成土星的原星云中直接形成的。

在環(huán)中最大的空隙是卡西尼縫和恩克環(huán)縫，土星的恩克環(huán)縫是在1837年5月28日由恩克于柏林發(fā)現(xiàn)的，從地球上就可以看見。兩艘航海家太空船都發(fā)現(xiàn)環(huán)實際上是由數(shù)以萬計稀薄的小環(huán)和空隙構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體。這些結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生被認(rèn)為有好幾種不同的成因，許多是由于土星衛(wèi)星引力的拉扯造成的。其中一些明顯的是由土星的微型衛(wèi)星如土衛(wèi)十八經(jīng)過時形成，而其他更多的成因還有待發(fā)現(xiàn)；并且有一些小環(huán)似乎是由牧羊犬衛(wèi)星在維護(hù)的，像是土衛(wèi)十六和土衛(wèi)十七。其他的縫隙可能是與質(zhì)量較大的衛(wèi)星軌道周期產(chǎn)生共振造成的，土衛(wèi)一維系著卡西尼縫的存在，還有更多的環(huán)狀結(jié)構(gòu)因為受到其他衛(wèi)星周期性的擾動而產(chǎn)生螺旋狀的波浪。

來自卡西尼太空船的資料顯示土星環(huán)有自己的大氣層，與行星本身無關(guān)而獨立存在。大氣中有氧分子（O 2 ），這是來自太陽的紫外線作用與環(huán)中的冰而產(chǎn)生的。水分子之間的鏈接受到紫外線的刺激產(chǎn)生化學(xué)作用釋放出并拋出了氣體，尤其是O 2 。根據(jù)這一模型，大氣層中也存在氫氣（H 2 ）。這種O 2 和H 2 組成的大氣層是如此稀薄的，以至于如果均勻分散在環(huán)的各處，它的厚度只有一個原子 。環(huán)中也有稀薄的OH（氧化氫）氣體，如同O 2 一樣，這些氣體也是水分子的崩解導(dǎo)致的，但這一分解是由高能量離子轟擊土衛(wèi)二拋射出來的水分子所造成的。這些大氣層盡管是非常的稀薄，依然還是可以被在地球上空的哈伯太空望遠(yuǎn)鏡檢測出來 。

土星在它的亮度上呈現(xiàn)復(fù)雜的樣式 。光度的變化大多可以歸咎于環(huán)的變化 ，并且在每個軌道周期有兩個循環(huán)的變化。由于行星軌道的離心率，使得疊加在北半球沖的時候比在南半球沖時更為明亮 。

在1980年，航海家1號飛越土星時顯示F-環(huán)是由三條細(xì)環(huán)像編辮子一樣的糾結(jié)在一起，而呈現(xiàn)出復(fù)雜的結(jié)構(gòu)；現(xiàn)在知道是在外面的二個環(huán)有突起的瘤，造成交織和糾結(jié)成團(tuán)的假象，比較暗的第三個環(huán)則在它們的內(nèi)側(cè)。

  土星環(huán)

光環(huán)的黑暗一面

土星光環(huán)是連貫成一整個環(huán)的，但人為上或會把其分為朝著太陽與背著太陽的一面。而環(huán)的背向太陽的一小部分，因為被土星遮擋，只能由太空船如美國國家航空航天局卡西尼—惠更斯號拍攝并傳送回來；比較一下來自2004年3月卡西尼號的與來自先驅(qū)者11號的圖象：

環(huán)上的輪輻

  B環(huán)上的輪輻，這幅影像是航海家2號在1981年拍攝的。

在1980年以前，對土星環(huán)的結(jié)構(gòu)和行為完全都以萬有引力的作用來解釋。航海家太空船在B環(huán)上發(fā)現(xiàn)被稱為“輪輻”的輻射線狀特征，這些無法用同樣的方法來解釋，因為它們的存在和繞著環(huán)的轉(zhuǎn)動，是與軌道力學(xué)不一致的 。這些輪輻在背景散射光下呈現(xiàn)黑暗，而在前景散射光下顯得明亮。它們被假設(shè)是懸浮在圓環(huán)平面上的微塵，受到電磁的交互作用而聯(lián)系在一起，因此它們的轉(zhuǎn)動是與土星的磁氣層同步。但是，造成輪輻的確實機(jī)制仍然不清楚 。

在25年之后，輪輻再度被卡西尼號觀測到。它們看起來有季節(jié)性的變化，在土星的仲冬或盛夏時消失不見，當(dāng)土星接近分點時又再度出現(xiàn)。在2004年初，當(dāng)卡西尼太空船抵達(dá)土星時這些輪輻都未出現(xiàn)?；谀壳皩τ谳棗l的成因的模型，一些科學(xué)家推測這些輪輻要到2007年后才會出現(xiàn)。然而，通過對卡西尼拍攝的環(huán)影像的持續(xù)尋找，發(fā)現(xiàn)輪輻在2005年9月5日重新出現(xiàn) 。

衛(wèi)星

  土星的四顆衛(wèi)星：土衛(wèi)四，土衛(wèi)六、土衛(wèi)十六（在環(huán)的邊緣）土衛(wèi)十三（中央上方）

土星有為數(shù)眾多的衛(wèi)星。精確的數(shù)量尚不能確定，所有在環(huán)上的大冰塊理論上來說都是衛(wèi)星，而且要區(qū)分出是環(huán)上的大顆粒還是小衛(wèi)星是很困難的。到2009年，已經(jīng)確認(rèn)的衛(wèi)星有67顆 ，其中52顆已經(jīng)有了正式的名稱；還有3顆可能是環(huán)上塵埃的聚集體而未能確認(rèn)。許多衛(wèi)星都非常的小：34顆的直徑小于10 公里，另外13顆的直徑小于50 公里 ，祇有7顆有足夠的質(zhì)量能夠以自身的重力達(dá)到流體靜力平衡，它們與地球的衛(wèi)星——月球的比較表見下方。

土衛(wèi)六，土星最大的衛(wèi)星，是太陽系中唯一有濃厚大氣層的衛(wèi)星，而土星絕大多數(shù)的衛(wèi)星都不大。除了太陽、太陽系的八大行星和木星的衛(wèi)星木衛(wèi)三之外，土衛(wèi)六是太陽系內(nèi)最重的天體 。土衛(wèi)六的質(zhì)量占了環(huán)繞土星天體（包括土星環(huán)和其他質(zhì)量在土衛(wèi)六的百分之一到百萬分之一的小天體）的總質(zhì)量的90% 。

土星第二大的衛(wèi)星土衛(wèi)五可能有自己的環(huán)系統(tǒng) 。

傳統(tǒng)上，土星的衛(wèi)星的英文名稱都以希臘神話中的巨人來命名，這種慣例源自約翰·赫歇爾（威廉·赫歇爾的兒子），土衛(wèi)一（“Mimas”）和土衛(wèi)二（“Enceladus”）的發(fā)現(xiàn)者，他在自1847年出版的《在好望角的天文觀測成果》中提出了這種命名法 ，理由是Mimas和Enceladus是克洛諾斯（希臘神話中的Saturn）的兄弟姐妹。

土星的探索

古代觀測

在史前時代就已經(jīng)知道土星的存在 ，在古代，它是除了地球之外已知的五顆行星中最遠(yuǎn)的一顆，并且有與其特性相符的各式各樣的神話。在古羅馬神話中它是農(nóng)神，從這顆行星所采用的名字，它是農(nóng)業(yè)和收獲的神祇 。羅馬人認(rèn)為他與希臘神克洛諾斯 ，希臘人認(rèn)為最外層的行星是神圣的克洛諾斯 ，而羅馬人也承襲這個傳統(tǒng)。

在印度占星學(xué)，有9個占星用的天體，像是著名的納瓦格拉哈歷（Navagraha，梵文：??????），土星是其中之一，稱為“Sani”或“Shani”，法官在眾行星之中，由大家共同評判各自的行為是好或是壞 。古代的中國和日本文化依據(jù)中國的五行之說選定這顆行星是土星，是在傳統(tǒng)上用于自然分類的元素之一。在古希伯來語，土星稱為“Shabbathai”，它的天使是卡西爾（Cassiel），意思是智慧之神或有益于身心的；是Agiel（精靈），它更為黑暗的一面就是惡魔（lzaz）。在奧圖曼土耳其使用的烏爾都語和馬來語，它的名稱是“Zuhal”，是從阿拉伯文???轉(zhuǎn)化過來的。

使用口徑1.5公分的望遠(yuǎn)鏡就能看見土星環(huán) ，但直到1610年伽利略用望遠(yuǎn)鏡看了才知道它的存在 。他雖然起初認(rèn)為是在土星兩側(cè)的衛(wèi)星，直到克里斯蒂安·惠更斯使用倍數(shù)更高的望遠(yuǎn)鏡才看清楚并認(rèn)為是環(huán)?；莞挂舶l(fā)現(xiàn)了土星的衛(wèi)星土衛(wèi)六。不久之后，卡西尼發(fā)現(xiàn)了另外4顆衛(wèi)星：土衛(wèi)八、土衛(wèi)五、土衛(wèi)三和土衛(wèi)四。在1675年，卡西尼也發(fā)現(xiàn)了著名的卡西尼縫 。

之后一段時間都沒有進(jìn)一步的有意義發(fā)現(xiàn)，直到1789年威廉·赫歇爾才再發(fā)現(xiàn)兩顆衛(wèi)星：土衛(wèi)一和土衛(wèi)二。形狀不規(guī)則的土衛(wèi)七和土衛(wèi)六有著共振，是在1848年被英國發(fā)現(xiàn)的。

在1899年，威廉·亨利·皮克林發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)九，一顆極度不規(guī)則衛(wèi)星，它沒有如同更大衛(wèi)星般的同步轉(zhuǎn)動。菲比是第一顆被發(fā)現(xiàn)的這種衛(wèi)星，它以周期超過一年的逆行軌道繞著土星公轉(zhuǎn)。在20世紀(jì)初期，對土衛(wèi)六的研究在1944年確認(rèn)他有濃厚的大氣層－ 這是在太陽系的衛(wèi)星中很獨特的特征。

先鋒11號飛越

1979年的9月，先鋒11號成為拜訪土星的第一個人造天體，它從距離行星云層頂端20 000 公里處飛越，獲得了低分辨率的行星和一些衛(wèi)星的影像，但影像的解析力上不足以分辨表面的特征。這艘太空船也觀察了環(huán)，發(fā)現(xiàn)了稀薄的F-環(huán)，并且在朝向太陽的方向觀察時原本空白且黑暗的環(huán)縫是明亮的，或者換句話說，環(huán)縫不是空無一物的。先鋒11號也測量了土衛(wèi)六的溫度 。

航海家的飛越

在1980年11月，航海家1號太空船拜訪了土星系統(tǒng)，送回了第一批行星、環(huán)和衛(wèi)星的高分辨率影像，這是第一次人們可以看清土星表面的變化和圍繞著它的各式各樣的衛(wèi)星。航海家1號執(zhí)行了近掠土衛(wèi)六的任務(wù)，使人們對這顆衛(wèi)星大氣層的認(rèn)識增進(jìn)了許多。但同時，它也證實了可見光是難以穿透土衛(wèi)六大氣層的，因此還是未能觀察到土衛(wèi)六表面的詳情。這次的近掠也改變了太空船的航向，使它的飛行軌道偏離了太陽系的平面 。

差不多在一年之后的1981年8月，航海家2號繼續(xù)對土星系統(tǒng)進(jìn)行研究，拍攝了更多土星衛(wèi)星的近距離照片，并且也發(fā)現(xiàn)了土星環(huán)和大氣發(fā)生變化的證據(jù)。不幸的是，在飛越期間，太空船的轉(zhuǎn)動平臺故障了兩三天，使得一些計劃中的影像無法拍攝。完成對土星的觀測之后，太空船利用土星的重力拋射朝向天王星飛去 。

這艘太空船發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)了一些新的衛(wèi)星在接近環(huán)或環(huán)的內(nèi)部環(huán)繞著土星，也發(fā)現(xiàn)了一些新的小環(huán)縫：馬克士威縫（在C環(huán)內(nèi)的縫）和Keeler環(huán)縫（在A環(huán)內(nèi)一個寬42 公里的環(huán)縫）。

卡西尼太空船的環(huán)繞

  從卡西尼號觀察到的土星日食。

在2004年7月1日，卡西尼-惠更斯號太空船完成SOI（土星軌道切入）的操縱進(jìn)入了在土星附近環(huán)繞的軌道。在SOI之前，它已經(jīng)廣泛的研究過這個系統(tǒng)。在2004年6月，它首度近距離的飛越土衛(wèi)九，并送回了高分辨率的影像和數(shù)據(jù)資料。

卡西尼號飛越土星最大的衛(wèi)星，土衛(wèi)六，并且用雷達(dá)影像獲得了大湖、海岸線以及許多海島和山的影像。在2004年12月25日釋放登陸艇惠更斯號之前，兩度飛越土衛(wèi)六?；莞固栐?005年1月14日登陸土衛(wèi)六的表面，在大氣層中下降的途中和著陸以后送回了大量的數(shù)據(jù)。在2005年當(dāng)中，卡西尼號多次飛越土衛(wèi)六和其它的冰衛(wèi)星?？ㄎ髂崽栕詈笠淮物w越土衛(wèi)六是在2008年3月23日。

從2005年初，科學(xué)家追蹤由卡西尼號發(fā)現(xiàn)的土星上的閃電。這些閃電釋放出的能量比地球上的閃電強(qiáng)了1,000倍。此外，科學(xué)家也相信這場風(fēng)暴是曾經(jīng)見過的最強(qiáng)烈的一種 。

在2006年3月10日，NASA宣布經(jīng)由卡西尼號的影像發(fā)現(xiàn)，在土衛(wèi)二上的間歇泉噴發(fā)出的物質(zhì)中含有液態(tài)水的證據(jù)，影像也顯示在冰冷的噴泉中有高聳的羽狀物散發(fā)出的液體顯示出有水的顆粒。依據(jù)加州理工學(xué)院安德魯英格索爾博士的解釋："太陽系其他的衛(wèi)星有被數(shù)公里厚的冰凍外殼覆蓋著的液態(tài)水海洋，這與此處在地表之下數(shù)米，不超過10米的口袋中有液態(tài)水，不知會有什么不同 。"

在2006年9月20日，卡西尼號的影像揭露了一個之前未曾發(fā)現(xiàn)過的行星環(huán)，在較明亮的主要土星環(huán)帶之外和G與E環(huán)之內(nèi)。明顯的，這個環(huán)的來源是土星的兩顆衛(wèi)星像隕石一樣碰撞的結(jié)果 。

在2006年7月，卡西尼號首度證明在土衛(wèi)六的北極附近有碳?xì)浠衔锏暮⒃?007年1月獲得證實。在2007年3月，另外的影像發(fā)現(xiàn)在土衛(wèi)六的北極附近有碳?xì)浠衔锏?海洋"，最大的一個幾乎有里海那么大 。

在2006年10月，太空船在土星的南極偵測到一個直徑5,000 公里并有眼墻的颶風(fēng) 。

在2006年當(dāng)中，太空船發(fā)現(xiàn)并證實了四顆新的衛(wèi)星。它最初的任務(wù)在2008年完成第74圈的環(huán)繞之后即將結(jié)束。然而，美國國家航空航天局在2008年4月15日已經(jīng)宣布此一任務(wù)將再延長兩年 。

最佳的觀測時機(jī)

  土星沖日模擬影象：2001年-2029年

土星是肉眼可見的五顆行星中距離最遠(yuǎn)的一顆，其他四顆是水星、金星、火星和木星（天王星和灶神星在黑暗的環(huán)境下也能用肉眼看見），并且直到1781年發(fā)現(xiàn)天王星之前，是早期的天文學(xué)家所知道的最后一顆行星。以肉眼在夜晚看見的土星是一顆明亮的，發(fā)出淡黃色光芒的光點，光度通常在+1至0等之間，以29?年的周期在黃道上以黃道帶的眾星作為背景，繞行天球一周。多數(shù)人借助于光學(xué)儀器（大的雙筒鏡或望遠(yuǎn)鏡）的協(xié)助，以20倍以上的倍數(shù)，就能清楚的看見土星環(huán) 。

土星是外行星，在合日（視覺上接近太陽）前后兩個月以外，其他時間也適合觀測。而跟外行星的性質(zhì)一樣，當(dāng)沖日時是觀測土星最好時候，因為土星沖日時，土星最亮（約0等）之余，視直徑（角直徑）也最大，而且沖日前后，整夜可見。

在它出現(xiàn)在天空中可以觀賞的大部分時間，都是值得鼓勵大家觀賞的目標(biāo)。在接近沖（行星的位置在離日度180°之處，也就是在天空中與太陽相對的方向上）的前后時段是觀賞土星和土星環(huán)的最佳時段。土星在2002年12月17日沖的時候，因為土星環(huán)以最有利的角度朝向地球，因此有最大的亮度 。

參見

太陽系探測器列表

太陽系探索時間線

龍之風(fēng)暴

占星學(xué)中的土星

科幻中的土星

土星的衛(wèi)星

參考資料

Lovett, L.; Horvath, J.; Cuzzi, J. Saturn: A New View. New York: Harry N. Abrams, Inc. 2006. ISBN 0810930900.

Karttunen, H.; Kr?ger, P.; 等. Fundamental Astronomy. New York: Springer, 5th edition. 2007. ISBN 3540341439. 引文格式1維護(hù)：顯式使用等標(biāo)簽 (link)

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