土星，為太陽系八大行星之一，至太陽距離（由近到遠）位於第六、體積則僅次於木星。並與木星、天王星及海王星同屬氣體（類木）巨星。古代中國亦稱之鎮星或填星。
土星主要由氫組成，還有少量的氦與微痕元素，內部的核心包括岩石和冰，外圍由數層金屬氫和氣體包覆著。最外層的大氣層在外觀上通常情況下都是平淡的，雖然有時會有長時間存在的特徵出現。土星的風速高達1,800公里/時，明顯的比木星上的風快速。土星的行星磁場強度介於地球和更強的木星之間。
土星有一個顯著的環系統，主要的成分是冰的微粒和較少數的岩石殘骸以及塵土。已經確認的土星的衛星有62顆。其中，土衛六是土星系統中最大和太陽系中第二大的衛星（半徑2575KM）（太陽系最大的衛星是木星的木衛三，半徑2634KM），比行星中的水星還要大；並且土衛六是唯一擁有明顯大氣層的衛星。
基本介紹
- 中文名：土星
- 外文名：Saturn
- 分類：太陽系八大行星之一
- 質量：5.69*10^26kg
- 平均密度：0.70g/cm^3-0.69g/cm3
- 表面溫度：-178℃
- 絕對星等：-0.4
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土星系統
Saturnian system
土星和它的衛星。
土星
土星的大氣運動比較平靜，表面溫度為-140℃，支頂溫度為-180℃比木星低50℃。有一個直徑為2萬公里的岩石核心，核心外面就是土星大氣。
土星在很多方面像木星，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。在太陽系八大行星中，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60330公里。土星的平均密度只有0.70g/㎝3，是八大行星中密度最小的，如果把它放在水中它會浮在水面上。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。土星在沖日時的亮度可與天空中最亮的恆星（天狼星）相比！由於光環地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，從而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。
半徑與極半徑相差5000多公里，體積為地球的740倍，質量為地球的95倍。在太陽系的行星中，土星的質量和大小僅次於木星平均密度是0.7g/㎝3，比水的密度還要小。由於土星的密度太小，其表面重力加速度和地球差不多（為地球的1.07倍）。在土星上，物體要有37㎞/s的速度才能脫離土星，比地球表面的脫離速度大得多，因此土星能把大量的大氣束縛住。
基本參數
軌道長半徑(百萬公里)： 1427.0
公轉的會合周期(日) ：378
軌道偏心率：0.056
軌道傾角(度)： 2.5
升交點黃經(度) ：113.3
近日點黃經(度) ：92.3
平均軌道速度(公里) ：9.64
赤道半徑(公里)： 60330
扁率：0.102
質量(地球質量=1) ：95.18
密度(克/立方厘米) ：0.70
赤道引力(地球=1)： 1.08
逃逸速度(公里/秒)： 35.6
黃赤交角(度) ：26.73
反照率：0.57
衛星數(已確認的)： 62
自轉周期：10小時17分。
公轉周期為：10759.5天（相當於29.5767個地球年）
視星等：-0.4~1.3 (視與地球距離和光環傾斜角度)
近日距：1,353,572,956千米（9.04 807 635 AU）
遠日距：1,513,325,783千米（10.11 595 804 AU）
表面積：4.5715×10^10千米2
平均日距：1,429,400,000千米（約9.54 AU）
質量：5.688×10^26千克（約95.18個地球）
表面重力加速度：12.5米/秒2
衛星
土星的光環由無數個小塊物體組成，它們在土星赤道面上繞土星旋轉。土星還是太陽系中衛星數目僅次於木星的一顆行星，周圍有許多大大小小的衛星緊緊圍繞著它旋轉，就象一個小家族。近幾年隨著觀測技術的不斷提高大行星衛星的數量急劇攀升，至今已發現的土星衛星就已經超過了60顆。土星衛星的形態各種各樣，五花八門使天文學家們對它們產生了極大的興趣。最著名的“土衛六”上有大氣，是太陽系已知的有大氣衛星中的一員。
1980年，當旅行者號探測器飛過土星時，在原有的九顆衛星（土衛一、土衛二、土衛三、土衛四、土衛五、土衛六、土衛七、土衛八和土衛九）基礎上，又發現了八顆新的衛星。但是很難說土星究竟有多少衛星。一些組成土星光環的較大的粒子實際上也許就是小衛星。土星在太陽系中擁有的衛星最多。跟木星衛星不一樣，土星衛星不能簡單地以成分和密度歸類劃分。"旅行者號"所發現的衛星顯示出複雜多樣的特徵。
除土衛六外，天文學家從“旅行者號”飛船發回的資料發現，土星的其他衛星都比較小，在寒冷的表面上都有隕擊的疤痕，像破碎了的蛋殼。土衛一表面上有一個直徑達128公里的隕石坑；土衛二有著荒涼的平原、隕石坑和斷皺的山脊，它的不同區域代表著不同的歷史時期；土衛三上有一個又深又寬，長約800公里的裂谷；土衛四表面有稀疏而明亮的條紋，它們都環繞著隕石坑。
土衛六
1655年3月25日，荷蘭天文學家惠更斯在用自製的3.7米長折射望遠鏡觀測土星時，無意中發現了一顆土星的衛星這顆衛星被命名為泰坦(或譯：提坦)。泰坦是希臘神話中的女巨神、第二代天神克洛諾斯的妻子。它就是最受天文學家矚目的土衛六，是被人類發現的第一顆土星衛星。
土星的衛星中，土衛六是天文學家關注的天體之一。長期以來，土衛六一直被認為是衛星中體積最大的，也是太陽系中唯一擁有大氣的衛星，其大氣成分主要是甲烷；過去認為它的表面溫度也不很低，因而人們推測在它上面可能存在生命。“旅行者1號”發回的數據卻令人失望它發現土衛六的直徑只有5150公里，並不是太陽系中最大的衛星（木衛三的直徑最大，為5262公里），它有一層稠密的大氣層和一個液態的表面，其大氣層至少有400公里厚，甲烷成分不到1%，大氣的主要成份是氮，占98%，還有少量的乙烷、乙烯及乙炔等氣體。土衛六的表面溫度在-181℃到-208℃之間，液態表面下有一個冰幔和一個岩石核心。飛船未發現存在任何生命的痕跡。土衛六能向外發射電波，使人感到迷惑。此外，土衛六軌道附近有一個氫雲。
長期以來，土衛六一直被認為是太陽系衛星中體積最大、比水星還大的衛星之王。旅行者號探測器的一次近距離測量，在35萬千米處拍下5張高解析度的照片。照片上土衛六展現出美麗的桔紅色的星體，像一個熟透了的桔子。更重要的是收到的數據資料，改寫了土衛六原來5800千米的直徑，實際直徑應為5150千米，迫不得已地把“衛星之王”的桂冠轉讓給了木星的衛星木衛三，屈居第二。這並沒有影響它的地位，科學家們一直對土衛六很感興趣，原因在於它是衛星中唯一有大氣存在的天體。大氣的主要成分是氮，約占98%，甲烷占1%，其餘的碳氫化合物在大氣中所占比例非常小，大氣層厚度約為2700千米。土衛六的表面溫度很低，在-190℃～-210℃之間，使之形成了美麗的液氮海洋。
雖然我們看不到土衛六的表面，但旅行者號探測器為我們提供的資料顯示：土衛六是太陽系中的又一個奇異世界，黑暗寒冷的表面，液氮的海洋，暗紅的天空，偶爾灑下幾點夾雜著碳氫化合物的氮雨等。這些是人類了解生命起源和各種化學反應的理想之處。
從惠更斯發現土衛六以來，至今已有300多年的歷史，土衛六仍是一個待解之謎。要想對土衛六有更深刻的認識，還需要人類不斷地進行探索。
天文學家們為什麼特別看重土衛六呢？因為土衛六“天資”出眾，所以受到天文學家們的青睞和器重。土衛六與眾不同的“天資”表現在如下方面：
首先，土衛六的直徑約為5150公里，在衛星世界中居第二位，比冥王星大許多，跟水星的個頭兒差不多。它的質量是月球質量的1.8倍，平均密度為每立方厘米1.9克，約為地球密度的1/3，引力則為地球的14%。
土衛六與土星的平均距離為122萬公里，沿著近乎正圓形的軌道繞土星運動。它像月球一樣，總以同一面向著自己的行星——土星。也就是說，如果在土星上看土衛六的話，永遠只能看到土衛六的同一個半面。它的軌道基本上在土星赤道面內。你可以想一想，土衛六這么大的天體，沿著大約122萬公里的半徑，居然運動在近乎正圓的軌道上，這真是有點難以想像的事。如果讓我們專門畫這樣一個圓，恐怕也是不容易辦到的。足見天體演化中的自然奇觀。
第二，1944年，美籍荷蘭天文學家柯伊伯對土衛六進行了系統的分光觀測研究，發現土衛六上有甲烷氣體，從而確認土衛六上有濃密的大氣層。至今土衛六仍是太陽系內已知的60多顆衛星中有大氣的唯一衛星，這怎能不受到天文學家們的特別偏愛呢？
第三，根據土衛六的運動特徵、物理狀況和化學成分，天文學家們判定土衛六是和土星一起演化形成的，屬於穩定衛星，不可能是土星後來捕獲的小天體。一些天文學家曾一度將土衛六的質量、體積、表面重力、表面溫度、大氣成分、水和凍的含量、自轉和公轉等天體特徵和天體環境與地球進行比較，目的是想從中獲取有關早期生命物質演化的蛛絲馬跡。
其他天體上有沒有生命的繁衍？這個問題一直縈繞在天文學家們的腦際。土衛六的發現者惠更斯在《天體奇觀，關於其他行星上的居民、植物及其世界的猜想》一書中寫道：如果我們認為這些天體上除了無邊無際的荒涼之外，一無所有，……
甚至進一步認為那裡根本不可能存在高級生物，那么我們無異就貶低了它們，而這是非常不合情理的。誠然，判斷哪個天體上有沒有生命，這是一個十分嚴肅的科學問題。從現代的科技水平來看，恐怕過於樂觀是不現實的，然而過於悲觀也是沒有根據的，實踐是檢驗真理的唯一標準。至於土衛六上的生命信息，至今仍是個不容樂觀的謎，但是一定會在不斷探測的實踐中得到解決。
從地球上看去，土衛六是一顆8.4等星。憑眼睛直接看是絕對看不到的。用較好的天文望遠鏡觀測它，也只能看到一個小小的紅點似的盤狀體。為什麼是這個顏色呢？有人認為這可能是因為土衛六上存在著複雜的有機分子。當然，完全依靠地面觀測是解決不了這類問題的，只能是“紙上談兵”。
隨著宇航事業的飛速發展，行星際探測器取得了空前的成果。截止2013，親自探測過土衛六的行星際飛船共有三個。它們是美國發射的“先驅者11號”和“旅行者1號”，以及歐洲的“惠更斯號”。
1979年9月1日，“先驅者11號”飛掠土星，考察了土衛六。不過，當“先驅者11號”考察土衛六時，正趕上一陣強烈的太陽風，嚴重地影響了發回的信息。地面控制中心只收到它在35萬公里處拍下的5張高解析度的照片。在照片上，土衛六呈現美麗的桔紅色，像熟透了的桔子。“旅行者1號”於1980年11月11日飛臨土衛六，探測取得完滿的成功。就是這次，測得土衛六的直徑為4828公里，而不是過去認為的5550公里。
“旅行者1號”還發現土衛六大氣呈霧狀。濃密的霧層使陽光不能照到土衛六的表面，影響了“旅行者1號”對土衛六表面的觀測。同時，也有的科學家根據“旅行者1號”的觀測資料，認為土衛六大氣中充滿甲烷。
為了進一步研究土衛六大氣和生命的關係，美國康奈爾大學的行星物理學家卡爾·薩根等人，做了土衛六大氣模擬實驗。研究者認為，土衛六上含有大量氮氣的大氣層，產生了各種各樣的生命前的化學物質。薩根指出：“早期的地球上可能也曾發生過類似的過程。但在土衛六上發生的生命前化學過程，因為那裡的溫度遠低於水的冰點，大概是不會有生命的。”
說到這裡，你有沒有想到：為什麼在衛星中只有土衛六有如此豐富的大氣層呢？這一直是行星物理學家們在思索的問題。有人認為，這可能是土衛六表面溫度高到足以維持相當數量的甲烷和氨氣，以保持與其表面的冰相平衡。也可能是土衛六上的冰含有甲烷和氨，在土衛六的溫度下容易形成大氣。第三種可能是土衛六大氣不會像受木星強磁場那樣，使大氣跑掉。第四種可能是土衛六的質量大，能經受內部的分化，分化出的冰向表面集中，它的引力足以使大部分的氣體不至跑掉。
迄今只有先驅者11號、旅行者1號和2號以及卡西尼-惠更斯號四個探測器飛臨土星進行過探測土星的活動。1979年9月1日，先驅者11號經過6年半的太空旅程，成為第一個造訪土星的探測器。它在距離土星雲頂20200千米的上空飛越，對土星進行了10天的探測，發回第一批土星照片。先驅者11號不僅發現了兩條新的土星光環和土星的第11顆衛星，而且證實土星的磁場比地球磁場強600倍。9月2日第二次穿過土星環平面，並利用土星的引力作用拐向土衛六，從而探測了這顆可能孕育有生命的星球。
1980年11月12日，旅行者1號從距離土星12600千米的地方飛過，一共發回1萬餘幅彩色照片。這次探測不僅證實了土衛十、十一、十二的存在，而且又發現了3顆新的土星小衛星。當它距離土衛六不到5000千米的地方飛過時，首次探測分析了這顆土星的最大衛星的大氣，發現土衛六的大氣中既沒有充足的水蒸氣，其表面也沒有足夠數量的液態水。
1981年8月25日，旅行者2號從距離土星雲頂10100千米的高空飛越，傳回18000多幅土星照片。探測發現，土星表面寒冷多風，北半球高緯度地帶有強大而穩定的風暴，甚至比木星上的風暴更猛。土星也有一個大紅斑，
長8000千米，寬6000千米，可能是由於土星大氣中上升氣流重新落入雲層時引起擾動和旋轉而形成的。土星光環中不時也有閃電穿過，其威力超過地球上閃電的幾萬倍乃至幾十萬倍。它再次證實，土星環有7條。土星環是由直徑為幾厘米到幾米的粒子和礫石組成，內環的粒子較小，外環的粒子較大，因粒子密度不同使光環呈現不同顏色。每一條環可細分成上千條大大小小的小環，即使被認為空無一物的卡西尼縫也存在幾條小環，在高解析度的照片中，可以見到F環有5條小環相互纏繞在一起。土星環的整體形狀類似一個巨大的密紋唱片，從土星的雲頂一直延伸到32萬千米遠的地方。旅行者2號發現了土星的13顆新衛星，使土星的衛星增至23顆。它考察了其中的9顆衛星，發現土衛三表面有一座大的環形山，直徑為400千米，底部向上隆起而呈圓頂狀，還有一條巨大的裂縫，環繞這顆衛星幾乎達3/4周；土衛八的一個半球為暗黑，另一個半球則十分明亮；土衛九的自轉周期只有9~10小時，與它的公轉周期550天相去甚遠；土衛六的實際直徑為4828千米，而不是原來認為的5800千米，是太陽系行星中的第二大衛星，它有黑暗寒冷的表面、液氮的海洋、暗紅的天空，偶爾灑下幾點夾雜著碳氫化合物的氮雨等，這是人類了解生命起源和各種化學反應的理想之處。
為了進一步探測土星和揭開土衛六的生命之謎，美國與歐空局聯合研製了價值連城的卡西尼號土星探測器。1997年10月15日這個探測器發射升空，開始為期7年的漫長旅途。它預計2004年飛臨附近空間，開展長達4年的環土星就近探測，並首次實現在土星的最大衛星土衛六上著陸，進行實地考察。卡西尼號直徑約2.7米，總重達6噸，由軌道探測器和著陸器組成。其軌道探測器取名卡西尼號，裝有12種探測儀器；著陸器取名惠更斯號，裝有6台科學儀器。為了加快奔向土星的飛行速度，卡西尼號於1998年4月飛掠金星，獲得第一次加速。隨後它繞太陽公轉一周，於1999年6月再次飛掠金星，獲得第二次加速。同年8月，它在地球附近飛過，獲得第三次加速。之後，卡西尼號探測器將於2000年12月飛掠木星，得到最後一次加速。它定於2004年7月飛抵目的地與土星會合，進入環繞土星運行的軌道。同年11月，惠更斯號著陸器將脫離卡西尼號探測器飛向土衛六，穿過其雲層，在土衛六上軟著陸，然後將探測到的數據通過環土飛行的卡西尼號軌道器傳回地球。卡西尼號進入環土星軌道後的任務是：環土星飛行74圈，就地考察土星大氣、大氣環流動態，並多次飛臨土星的多顆衛星，其中飛掠土衛六近旁45次，用雷達透過其雲氣層繪製土衛六表面結構圖，預計可發回近距離探測土星、土星環和土衛家族的圖像50萬幀。惠更斯號將成為第一個在一顆大行星的衛星上著陸的探測器。它將在2.5小時的降落過程中，用所帶儀器分析土衛六的大氣成分，測量風速和探測大氣層內的懸浮粒子，並在著陸後維持工作狀態1小時，揭示土衛六上是否有水冰凍結的海洋和是否存在某種形態的生命。它所收集到的數據和拍攝的圖像通過卡西尼號探測器傳回地球
這顆令人神往的土衛六表面是什麼樣子呢？應該說至今還沒有直觀的資料。科學家們做過多種可能的推測，科學幻想小說家們對土衛六的描述，更是筆下生輝。然而，一切都必須尊重科學。
根據土衛六大氣中那么多氮氣，同時土衛六表面溫度又比地球低得多，約在-201～-190℃之間，以及土衛六的體積和質量等，有的科學家推測它的內部物理狀況及表面特徵，並首先尋找土衛六上的岩石和凍的比例關係。有人估算土衛六上的岩石物質約占它總質量的55%，其餘為冰；土衛六表面是寒冷的液態海洋，海洋中70%是乙烷，25%是甲烷，5%是熔解氮，整個液態海洋約有1公里厚，包圍著土衛六。1989年6月4～5日，從地球上向土衛六進行了雷達探測，結果表明土衛六上也可能有陸區。
“旅行者1號”還發現土衛六的南北兩半球的明暗有差異：南半球明亮，北半球暗淡。這是什麼原因造成的呢？可能是土衛六上南北不同季節引起的。“旅行者1號”拜訪時，土衛六北半球正好是春季的開始。不過，也有人認為這可能是土星磁層對土衛六的影響。總之，這還解釋不清楚。土衛六大氣吸光能力很強，可吸收落在它上面的陽光約80%。這些熱量大部分被大氣中的霧粒和甲烷氣體吸收，也許只有5%～10%的陽光能到達土衛六的表面。
其他衛星
土衛四和土衛五的某些地域非常坑坑窪窪，另一些地方則平坦得多。表面的白色條狀表明在這兩顆衛星上曾經有水冒出。土星眾多衛星中，最令我們感興趣的是土衛六－－太陽系中最大的衛星之一。"旅行者號"的科學家驚奇地發現，它有一層厚厚的~大氣層~－－密度比地球大氣層高百分之六十。土衛六非常寒冷，表面溫度約為零下150℃。在這樣的溫度條件下，甲烷以氣態、液態、固態三種狀態同時存在。行星學家克拉克·查普曼這樣說道："土衛六上的甲烷可能會象地球上0℃的水。""穿過北極的淤泥地帶，可隱約見到土衛六的表面景觀……由甲烷和氨冰塊組成的岩石大多數被埋在一種粘性的油層之下。長時期內來自柏油煙霧的微小塵埃粒子不斷聚集……土衛六濃稠的液態甲烷與海洋被甲烷冰霧令人窒息的霧靄所遮擋。" 極小的土衛一有一個創痕，那是太陽系中最明顯的創痕之一。一個巨大的~隕石坑~顯示出它曾受過一次幾乎將其一分為二的重創。重創之下的這個巨大隕石坑直徑約為整個星球的三分之一。它的表面是如此的坑坑窪窪，使得冰層被切成了片片碎塊。在它的表面上行走，宛如走在一個巨大的雪錐之上。
有一個斷層系統以及從未受過隕石衝擊的大區域。陸潮受熱可能在重建表面的過程中發揮了重大作用。這種活動似乎就發生在這個世紀，這也可以用來解釋它的表面為何光彩奪目。土衛二幾乎反射所有的光線，其冰凍的表面可能會被來自內部的水不斷覆蓋。卡西尼號探測器在探測時發現其南極有沖天的冰噴泉，為E環主要物質來源，且噴氣推進實驗室認為，土衛二很可能存在生命。
土衛八一側很亮，另一側很暗。亮的那側能將大約一半照射到的光反射出去，而另一側幾乎一片黑暗。黑色物質里可能包含著有機碳－－生命必需的組成成分之一。
土衛七看上去象是較大物體的一個碎塊。它不規則的形狀和極度坑坑窪窪的表面使它看似一個稍大的小行星。這顆衛星的碎片可能已進入了土星光環。
土衛三也是從明顯的宇宙暴力之中倖存下來的。一條巨大的溝壑從衛星的一端伸展到另一端。這個長狹谷看起來是由內部力量而引起的。它內部凝固和膨脹的壓力使其表面產生裂縫。科學家們無法解釋一個至少百分之八十由水冰組成的衛星是如何經受住這樣的地質活動的。
“旅行者號”探測器的探索結果使人們深信那曾經支配了土星早期歷史的猛力作用。土星衛星看起來象是無盡爆炸襲擊的倖存者。它們明亮的冰封表面受到了無數隕石的創傷。但是這些衛星中有一個與早期的地球非常相似。也許某一天，有著濃厚大氣層的土衛六能夠進化出頑強的生命。
