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九大行星:土星

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土星(Saturn)轨道距太阳142,940万千米,公转周期为10759.5天,相当于29.5个地球年,视星等为0.67等。在太阳系的行星中,土星的光环最惹人注目,它使土星看上去就像戴着一顶漂亮的大草帽。观测表明构成光环的物质是碎冰块、岩石块、尘埃、颗粒等,它们排列成一系列的圆圈,绕着土星旋转。土星也是一颗液态行星,直径约为地球的9.5倍,质量为地球的95倍,它的液态表面中含有氢和氦。

土星运动迟缓,人们便将它看做掌握时间和命运的象征。罗马神话中称之为第二代天神克洛诺斯,它是在推翻父亲之后登上天神宝座的。无论东方还是西方,都把土星与人类密切相关的农业联系在一起,在天文学中表示的符号,像是一把主宰着农业的大镰刀。

在1781年发现天王星之前,人们曾认为土星是离太阳最远的行星。在望远镜中可以看到土星被一条美丽的光环围绕。土星还有较多的卫星,到1978年为止,已发现并证实的有10个,以后又陆续有人提出新的发现。

土星在很多方面像木星,如它与木星同属于巨行星,它的体积是地球的745倍,质量是地球的95.18倍。在太阳系九大行星中,土星的大小和质量仅次于木星,占第二位。它像木星一样被色彩斑斓的云带所缭绕,并被较多的卫星所拱卫。它由于快速自转而呈扁球形。赤道半径约为60,000公里。土星的平均密度只有0.70克/厘米立方米,是九大行星中密度最小的。如果把它放在水中,它会浮在水面上。土星的大半径和低密度使其表面的重力加速度和地球表面相近。土星在冲日时的亮度可与天空中最亮的恒星相比。由于光环的平面与土星轨道面不重合,而且光环平面在绕日运动中方向保持不变,所以从地球上看,光环的视面积便不固定,从而使土星的视亮度也发生变化。当土星光环有最大视面积时,土星显得亮一些;当视线正好与光环平面重合时,光环便呈现为一条直线,土星就显得暗些。二者之间的亮度大约相差3倍。

土星绕太阳公转的轨道半径约为14亿公里,它的轨道是椭圆的。它同太阳的距离在近日点时和在远日点时相差约1 .5亿公里。土星绕太阳公转的平均速度约为每秒9.64公里,公转一周约29.5年。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,即使是夏季也十极其寒冷。土星自转很快,但不同纬度自转的速度却不一样,这种差别比木星还大。赤道上自转周期是10小时14分,纬度60度处则变成10小时40分。这就是说在土星赤道上,一个昼夜只有10小时零14分。

土星大气以氢、氦为主,并含有甲烷和其他气体,大气中飘浮着由稠密的氨晶体组成的云。从望远镜中看去,这些云像木星的云一样形成相互平行的条纹,但不如木星云带那样鲜艳,只是比木星云带规则得多。土星云带以金黄色为主,其余是橘黄色、淡黄色等。土星的表面同木星一样,也是流体的。它赤道附近的气流与自转方向相同,速度可达每秒500米,比木星上的风力要大得多。

土星极地附近呈绿色,是整个表面最暗的区域。根据红外观测得知,云顶温度为-170℃,比木星低50℃。土星表面的温度约为-140℃。土星表面有时会出现白斑,最著名的白斑是1933年8月发现的,这块白斑出现在赤道区,呈蛋形,长度达到土星直径的1/5.以后这个白斑不断地扩大,几乎蔓延到整个赤道带。

由于这颗行星表面温度较低而逃逸速度又大(35.6公里/秒),使土星保留着几十亿年前它形成时所拥有的全部氢和氦。因此,科学家认为,研究土星目前的成分就等于研究太阳系形成初期的原始成分,这对于了解太阳内部活动及其演化有很大帮助。一般认为土星的化学组成像木星,不过氢的含量较少。土星上的甲烷含量比木星多,而氨的含量则比木星少。

1973年4月美国发射的行星际探测器“先驱者”11号发现土星有一个由电离氢构成的广延电离层,其高层温度约为977℃。观测结果表明,土星极区有极光。

目前认为,土星形成时,起先是土物质和冰物质吸积,继之是气体积聚。因此,土星有一个直径20,000公里的岩石核心。这个核占土星质量的10%到20%,核外包围着5,000公里厚的冰壳,再外面是8,000公里厚的金属氢层,金属氢之外是一个广延的分子氢层。

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