太陽系九大行星之一,按離太陽由近及遠的次序為第六顆。在天文學中,常以符號啗表示。中國古代稱土星為填星或鎮星。在古代西方,人們用羅馬農神薩圖努斯(拉丁文為Saturnus)命名。

  概況 在1781年發現天王星之前,人們曾認為土星這顆黃色的行星是離太陽最遠的行星。在望遠鏡中,土星有美麗的光環。土星還有較多的衛星,到1978年為止,已發現10個。美國“先驅者”11號探測器在飛過土星附近近時,據說又發現瞭一個新的土星衛星,但尚待證實。

  土星在很多方面像木星,但又有不少差別。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。在太陽系九大行星中,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爛的雲帶所繚繞,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公裡,兩極半徑與赤道半徑之比為0.912,扁率約為1/9。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。土星的大半徑和低密度使其表面的重力加速度和地球表面相近。土星在沖日時(見行星的視運動)的視星等達-0.4等,即它的亮度可與天空中最亮的恒星相比。由於光環的平面與土星軌道面不重合,而且光環平面在繞日運動中方向保持不變,所以從地球上看,光環的視面積便不固定,使土星的視亮度也發生變化。當土星光環有最大視面積時,土星顯得亮一些;當視線正好與光環平面重合時,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

  自轉和公轉 土星繞太陽公轉的軌道半徑約為14億公裡,即稍大於9.5天文單位,它的軌道是偏心率約0.055的橢圓。它同太陽的距離在近日點時和在遠日點時相差約1天文單位。土星的軌道面與黃道面的交角約為2°5。土星繞太陽公轉的平均速度約為每秒9.64公裡,公轉一周約29.5年。土星自轉很快,而且它的自轉角速度隨緯度而不同,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°處為10小時40分。土星的赤道面與軌道面的交角為26°44′。

  大氣 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排成彩色的亮帶和暗紋,比木星雲帶規則得多,色彩則不如木星雲帶那樣鮮艷。土星雲帶以金黃色為主,其餘是桔黃色、淡黃色等。極區呈綠色,是整個表面最暗的區域。根據紅外觀測得知,雲頂溫度為-170℃,比木星上低50℃。土星表面的溫度約為-140℃。土星表面有時會出現白斑,最著名的白斑是1933年8月被英國喜劇演員 W.T.海用小望遠鏡發現的,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。

  由於這顆行星表面溫度較低而逃逸速度又大(35.6公裡/秒),使土星幾乎保留著它形成時所擁有的全部氫和氦。一般認為土星的化學組成像木星,不過氫的含量較少。土星大氣中氨和甲烷的光譜證認是天體物理學傢維爾特在1932年首先作出的,土星上的甲烷含量比木星多,而氨的含量則比木星少。

  “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1,250K。紫外觀測表明,土星極區可能有極光。

  內部結構 1937年,維爾特提出關於土星內部結構的模型。這個模型假設土星形成時,起先是土物質和冰物質吸積,繼之是氣體積聚。根據這樣的假設,土星有一個直徑20,000公裡的巖石核心,占土星質量的15%,核外包圍著5,000公裡厚的冰殼,再外面是8,000公裡厚的金屬氫層,金屬氫之外是一個廣延的分子氫層。這個模型沿用至今。

  磁場和輻射帶 1973年4月美國發射的行星際探測器“先驅者”11號已探測到土星的磁場和輻射帶。這個探測器經過漫長的航程後,於1979年8、9月間在離土星130萬公裡處發現瞭土星磁場。土星磁場十分特殊,磁場圖像一條大鯨,有鈍鼻、鱗莖狀的身軀,兩邊伸出扇形翅膀,後面拖著長尾。土星磁場的范圍比地球磁場的范圍大上千倍,但比木星磁場小,也沒有木星磁場復雜。和地球、木星、水星的情形不同,土星的磁軸不偏離它的旋轉軸。磁心偏離土星核心22.5公裡。土星的輻射帶強度遠不如地球輻射帶,更不能同木星的相比。“先驅者”11號在7~8個土星半徑內發現瞭一個區域,在那裡,輻射帶粒子被強烈吸收。這可能意味著有一個廣延的等離子體雲繞土星旋轉。這個行星際探測器還發現,有幾個土星衛星從輻射帶中捕獲粒子。

  1969年,一架飛機在地球大氣高層對土星的熱輻射作瞭紅外觀測,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。“先驅者”11號的紅外探測證實瞭這一點,測得土星發出的能量是從太陽吸收到的2.5倍。(見彩圖)

土星照片“先驅者”11號行星探測器1979年8月離土星280萬公裡處拍攝 美國宇航局

土星照片 從地球上拍攝 美國亞裡桑那大學

  

參考書目

 A.F.O'D.Alexander,The Planet Saturn,Macmillan,New York,1962.