太阳系行星中的老二——土星

上一篇我们说到了太阳系最大的行星——木星，这一次要谈的自然是第二大的行星——土星，也是一颗主要由气体组成的星球，所以也叫做类木行星。

人们在史前时代就已经知道土星的存在，在古代，它是除了地球之外已知的五颗行星中最远的一颗，并且有与其特性相符的各式各样的神话。

在古罗马神话中它是农神，从这颗行星所采用的名字，它是农业和收获的神只。

在印度占星学，有9个占星用的天体，土星是其中之一，在中国依据五行之说，它被称为土星。

在古希伯来语，土星称为"Shabbathai"，它的天使是卡西尔 Cassiel，意思是智慧之神或有益于身心的;是Agiel 精灵，它更为黑暗的一面就是恶魔 lzaz。

人们之所以这么早就能发现土星，是因为土星具有太阳系最绚丽的光环，其他的的星环在它面前简直是萤火虫与太阳，其星环主要由冰微粒，岩石与等离子组成。

土星环位于土星的赤道面上。

在空间探测前，从地面观测得知土星环有五个，其中包括三个主环（A环、B环、C环）和两个暗环（D环、E环）。

B环宽又亮，它的内侧是C环，外侧是A环。

A、B两环之间为宽约4800公里的卡西尼缝，是天文学家卡西尼在1675年发现的，产生环缝的原因是因为光环中有卫星运行，卫星的引力造成的。

B环的内半径91,500公里，外半径116,500公里，宽度25,000公里，可以并排安放两个地球。

A环的内半径121,500公里，外半径137,000公里，宽度15,500公里。

C环很暗，它从B环的内边缘一直延伸到离土星表面只有12,000公里处，宽度约19,000公里。

1969年在C环内侧发现了更暗的D环，它几乎触及土星表面。

在A环外侧还有一个E环，由非常稀疏的物质碎片构成，延伸在五、六个土星半径以外。

1979年9月先驱者11号探测到两个新环──F环和G环。

F环很窄，宽度不到800公里离土星中心的距离为2.33个土星半径，正好在A环的外侧。

G环离土星很远展布在离土星中心大约10～15个土星半径间的广阔地带。

先驱者11号还测定了A环、B环、C环和卡西尼缝的位置、宽度，其结果同地面观测相差不大先驱者11号的紫外辉光观测发现，在土星的可见环周围有巨大的氢云环本身是氢云的源。

土星与木星核心类似，现代认为，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2万公里的岩石核心。

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。

不仅核心类似。

就连组成的气体也差不多，土星外围的大气层包括96.3%的氢和3.25%的氦，可以侦测到的气体还有氨、乙炔、乙烷、磷化氢和甲烷。

因此土星与木星一样，发生着大风暴，最奇怪的是长期出现在78°N附近，围绕着北极的六边形漩涡。

在北极的六边形中每一边的直线长度大约是13800 公里，整个结构以10h39m24s自转，与行星的无线电波辐射周期一样，这也被认为是土星内部的自转周期。

这个六边形结构像大气层中可见的其他云彩一样，在经度上没有移动。

这个现象的规律性的起源仍在猜测之中，多数的天文学家认为是在大气层中某种形式的驻波，但是六边形也许是一种新型态的极光。

在实验室的流体转动桶内已经模拟出了多边型结构。

土星北极点的六边形风暴和木星表面的大红斑一样是令人着迷的景象。

土星上一天的时间很短暂，2013，行星科学家认为，六角形风暴的循环能基本准确地反映出土星一天的时长：10小时39分23秒。

与其他的气体巨星一样，土星缺少坚实的地表，因此科学家无法利用其地表测量它的自转周期。

此外，土星表层大气在赤道附近的运动速度也比其在极点附近的运动速度快。

许多行星科学家利用磁场释放出的无线电推算天体的自转周期，因为科学家假设这些无线电是从星球的深层内部释放出来的，那里的自转周期更加稳定。

然而，对于土星而言，这种推测方法遇到了阻碍：从土星南北半球释放出的无线电有15分钟左右的时间差。

相对而言，六角形风暴的循环更加稳定，因此可以作为推断自转周期的一个关键因素。

研究者将卡西尼号土星探测器拍摄到的时间跨度为5年半的图像结合在一起加以分析，发现六角形风暴的循环周期几乎不会发生变化。

这一发现暗示：可蔓延数百公里的六角形风暴与星球的内部关系密切，因此它是土星真实自转速度的一个有效标示。

与木星一样，土星一样具有极光现象，土星环绕太阳旋转一周为30年，在公转一次中仅出现两次土星双极光现象。

哈勃望远镜拍摄的这张图像显示土星每个极地同时出现闪亮的极光。

这一现象是由于太阳风形成的，太阳风是太阳喷射的亚原子带电粒子流，与土星大气层的分子发生交互作用。

在地球上，极光是带电粒子沿着地球磁场线进入大气层形成的奇特现象。

天文学家发现该图像中土星北极和南极极光之间存在细微的差别，其中包含在北极光中的明亮椭圆形状区域比南极光区域略小，并且光线更强烈一些。

这暗示着土星的磁场分布并不均匀，由于北极磁场更强一些，当太阳粒子穿过北极大气层时被加速形成能量较高的粒子流。

由哈勃紫外巡天相机在2013年4到5月拍摄的土星北极光景象，经过进一步的研究，科学家发现土星的极光形成原理与地球类似，都是太阳风所携带的物质穿越大气电子层所发。

那么土星具有生命吗？与木星一样，土星内部气温过高，而表面温度过低，也无法承载与地球类似的生命，而其的第六颗卫星，简称土卫六的天体，是太阳系唯一一个具有大气的卫星，反而受到科学家的关注，推测上面可能有生命。

为什么在卫星中只有土卫六有大气层呢？这一直是行星物理学家们在思索的问题。

有人认为，这可能是土卫六表面温度高到足以维持相当数量的甲烷和氨气，以保持与其表面的冰相平衡。

也可能是土卫六上的冰含有甲烷和氨，在土卫六的温度下容易形成大气。

第三种可能是土卫六大气不会像受木星强磁场那样，使大气跑掉。

第四种可能是土卫六的质量大，能经受内部的分化，分化出的冰向表面集中，它的引力足以使大部分的气体不至跑掉。

为了进一步研究土卫六大气和生命的关系，美国康奈尔大学的行星物理学家卡尔·萨根等人，做了土卫六大气模拟实验。

研究者认为，土卫六上含有大量氮气的大气层，产生了各种各样的生命前的化学物质。

萨根指出：早期的地球上可能也曾发生过类似的过程。

但在土卫六上发生的生命前化学过程，因为那里的温度远低于水的冰点，大概是不会有生命的。

美国旅行者1号也探测过土星，发回的数据却令人失望，，它发现土星有一层稠密的大气层和一个液态的表面，其大气层至少有400公里厚，甲烷成分不到1%，大气的主要成份是氮，占98%，还有少量的乙烷、乙烯及乙炔等气体，表面温度在-181℃到-208℃之间，液态表面下有一个冰幔和一个岩石核心，未发现存在任何生命的痕迹，但土卫六能向外发射电波，使人感到迷惑。

对宇宙和生命的探索，我们永远不会停止，随着科学的发展，相信终有一天我们能揭开那些曾经是迷的难题。

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