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第34章 美丽多姿的土星

土星是科学家和天文爱好者最喜欢的星星之一,在望远镜里人们可以清楚地看到土星的扁球体和围绕着它的光环。土星是一颗淡黄色的像桔子似的椭球体,在它的赤道面上环绕着发出柔和的白色光辉的光环。有的时候土星就像一个冠冕,那美丽的光环就像是帽沿,人们形容它像是1顶美洲巴拿马帽。它是那样美丽、协调,就像1个完美的艺术品,凡是看到过土星的人无不为之惊叹。

土星在太阳系里是巨行星,它的个头仅比木星稍小,在九大行星中居第二位。土星赤道方向的直径是地球直径的9倍半,它的体积是地球体积的745倍,真是一个庞然大物。但是土星的平均密度很小,只有0.70克/厘米,比水的密度还小,在九大行星中又屈居最后一位。由于密度小,所以它的质量只是地球质量的95.18倍。

土星的自转速度特别快,约为10小时14分就自转1周,这个速度略小于木星的自转速度。由于自转速度很快,所以土星的球体扁缩得很厉害,它的两极半径与赤道半径之比是0.912,这又使它在九大行星中获得了1项第一名——最扁的一个星球。土星也像木星一样被色彩斑斓的云带所缭绕,这些彩色条纹带沿着平行于赤道的方向伸展着。土星上的云层也在自转着,而且自转的速度很快。土星上有大气,大气的主要成分是氢和氮,另外还有甲烷和其它气体。那些彩色条纹的云层,是由大气中漂浮着的稠密的氨晶体组成的,它们比木星的云带规则,色彩却不那么鲜艳,是以金黄色为主,其余是桔黄色和淡黄色等。在极区呈绿色,那里是土星表面最暗淡的区域。由于土星离太阳很远,所以它接收到的太阳热能也比较少,表面温度也就比较低。在云顶处温度低到零下170℃,在土星表面温度也只有零下140℃左右。

我们借助于望远镜可以清楚地看到在土星赤道周围有一光环环绕,正是由于它的存在使土星成为天空中最美丽的星体之一。它是那样的奇特,以至于使人们往往只注意它竟至忽略了土星的本体。最早发现土星光环的是意大利科学家伽利略,他在1610年利用自制的望远镜看到了土星的光环。但是,那时正是光环的平面平行于我们的视线,看不怎么清楚的时候,所以伽利略还以为那是土星球状体旁的奇怪附属物哩!直到半个世纪以后,荷兰学者惠更斯才证认为它是与土星不相连接的、环绕在土星赤道面上的光环。这以后200多年间,人们一直把土星光环看成是一个或几个扁平的固体物质盘。直到1856年英国物理学家麦克斯韦才在理论上论证了土星环的结构,他指出土星环是由无数各自独立的小质点构成的,它们都在土星赤道面上绕土星旋转着。“旅行者1号”的探测证明,组成环的粒子直径大多数在7.6厘米到9米之间,而且还发现这数十亿大小不一的粒子都是导电的。

土星除了有1个美丽的光环以外,它还有众多的卫星,它们组成了一刊、家庭,就像是一幅太阳系的缩影。第一个土星的卫星是1655年3月25日惠更斯发现的,它被命名为提妲。提妲就是在前面故事中说到的巨神族,他们被克洛诺斯关押在地底塔耳塔洛斯。这颗“提妲”卫星就是土卫6.过去测得土卫6的直径是5800千米,在太阳系中是最大的1颗卫星。但是“旅行者1号”测量的结果将土卫6的直径更正为4828千米,这样它就比木卫3小而退居为第二位了。引人注目的是,探测器证明土卫6上有很厚的一层大气和云层。土卫6上大气的主要成分是氮,约占98%;此外还有甲烷,占1%;少量的乙烷、乙,烯、乙炔和氢,它们总共占不到1.5%。大气层的厚度达2700千米,温度为零下201℃。由于温度低,大气中的氮可能是呈液态,在其表面形成液体氮的湖泊。土卫6是已知有大气的卫星,就这一点已经引起许多科学家的注目。不但如此,科学家们还发现在土卫6云层的顶端存在着与生命有关的分子,这很可能是产生生命前的氢氰酸分子。土卫6的上空有部分地区存在蓝色的烟雾。最使科学家们感兴趣的是土卫,6的大气上空没有电离层,这还是第一次发现没有电离层的天体。

1671年10月和1672年12月卡西尼先后发现了两颗土星的卫星,它们是土卫8和土卫5,分别使用提妲巨神伊刚白托斯和瑞亚的名字。伊阿伯托斯就是将天火盗给人类的普罗米修斯的父亲;瑞亚是克洛诺斯的妻子。土卫8是一个奇特的黑白两色的卫星,它的直径1400千米,距土星365万千米。令人注目的是它的表面一部分很亮,而其它部分则很黑暗,像是覆盖着一层黑色的物质。在这1颗卫星上黑白二色的亮度竟然相差10倍,是太阳系中亮度反差最强的一个天体。

1789年8月27日,威廉·赫歇耳首次使用他自制的122厘米的大型望远镜观测土星,又发现了土星的两颗新卫星。这两颗卫星就是土卫1和土卫2,它们也采用了希腊神话中巨神的名字。一个叫弥玛斯,一个叫恩刻拉多斯。在探测器飞往土星就近考察之前,人们一共发现了10颗土星卫星。

土星是太阳系里的奇观,它美丽多姿,世界闻名。

是因为它身材娇小,显得玲珑精巧吗?不,在太阳系的行星中,无论个儿还是体重,土星都是“老二”,仅次于木星。它的赤道直径12.1万千米,身体里能容纳下750来个地球,长得一点儿也不秀气!

是因为它晶莹璀灿、光彩照人吗?也不是。土星和太阳的平均距离1427000000亿千米,距离地球也在1277000000亿千米以上,在我们地球上看来,土星的光芒不仅比金星差得远;而且比木星也要暗得多。在1781年发现天王星之前,人们还以为土星是离太阳最远的行星哩!

那么,究竟是什么使土星具有那么大的魅力呢?

是光环,美丽的光环使土星姿色迷人。

有人可能会说,光环有什么稀奇?木星不也有光环吗?是的。但是木星的光环是由大量的黑色碎石组成的,几乎不反射太阳光,所以长期以来没有被人们发现。而土星的光环却是由无数像流星一样的小块固体——粒子和砾石组成的,它们在太阳光的照射下,银光闪闪,绕在土星的腰部,把土星打扮得多么妩媚!有人说,土星光环是大自然依靠自身的力量完成的一具精妙绝伦的艺术品,自从1659年土星光环被荷兰天文学家惠更斯发现以来,人们把许许多多的赞美的话献给了它。二三百年来,土星成了天文学家和业余天文爱好者最喜欢观测的天体之一。

土星光环一共有好几个,一个套一个。总宽度有好多万千米,而厚度却只有几千米。如果把土星光环设想为一个直径为1米的圆环,那么,它的厚度比一张纸还薄。所以从望远镜看去,土星套着光环就好像戴了一顶发光的宽边大礼帽一样。几个光环并不紧挨在一起。1675年,天文学家卡西尼发现,在A环和B环之间有一圈宽约5000千米的缝隙——卡西尼缝。以后,这样的缝隙又发现了几个,于是就分开成了几个光环。不仅每两个光环之间有缝相隔,而且各环当中还有更窄的空隙。

1980年11月13日凌晨,美国“旅行者”1号空间探测器在离土星124240千米远处掠过土星,自动发回了1万多张关于土星的彩色照片和各种数据,其中有些新的发现使科学家们大吃一惊,发现土星比原来想象的要复杂得多。在土星光环的平面里,有成百成千条大小不等的环。它们大多是对称的环,看起来就像是唱片。上的波纹,但也有的是不对称的。这些环大多光滑匀称,但也有一些是锯齿形的,有些呈辐射状,还有的环甚至像发辫一样扭在一起。这些光环全部在土星的赤道面上,都是同心环。它们以不同的速度绕着土星旋转。有意思的是,土星环本身就能放出无线电信号,功率高达几百万瓦。

土星的光环是美丽的,但是它的形状老是在变化,有时还爱跟人开玩笑,突然消失不见,让你找不到它。这又是怎么回事呢?

原来,土星和我们地球一样,也是侧着身子绕着太阳旋转。土星光环受阳光照射的位置不断变化,它就不断地以不同的角度朝向我们。这样,我们在望远镜里看到的土星光环,在不同的时间里就会有不同的形状和亮度。有时候变成像一顶宽边大礼帽,悬在空中;有时候像一只花篮,很是诱人;有时候变成像一条项斑,横在土星中间,把它一分为二;而当它的侧边朝着我们的时候,薄薄的光环就干脆看不见了。在土星绕着太阳公转1周的过程中,土星光环要跟我们这样“捉迷藏”两次。

如果能到土星,上观赏一下光环,那可一定很有意思!土星的几条光环都是绕着土星旋转的,有的转得快,有的转得慢。那奇丽的景色只有你闭着眼睛去想象了。

土星是个“虚胖子”,它的个儿是地球的750多倍,司它的质量却只相当于95.2个地球。它的密度是九大行星中最小的,只有地球的1/8,是水的0.7倍。如果真有那么一个大海能够放得下土星的话,那么土星就会像橡皮球那样漂浮在水面上。

这样看来,组成土星的物质很轻,不可能是固体了。天文学家们早就发现,土星从赤道到两极,各处的自转速度不同,这说明土星的外层也同木星一样是流体。现在一般认为:土星有个直径大约2万千米的岩石核心,占土星质量的15%,核心外面包着一层5000千米左右厚的冰层,冰层外面是金属氢,厚度约8000千米,最外面就是伸展范围极广的分子氢层了。

同木星一样,土星表面也缭绕着色彩绚丽的云带,一条一条地和土星赤道面平行。从天文望远镜看去,云带以金黄色为主,还有桔红色、奶黄色,南北两极的云带是蓝中带绿的。土星大气的成分也和木星一样,主要是氢和氦,但是氨的成分比较少,而甲烷的含量比较多。

土星离开太阳几乎要比木星远1倍,所以土星表面的温度要比木星低。从理论上计算,土星表面的温度应该是零下200℃,但实际测定却是零下170℃左右,这说明土星跟木星一样,也有自己内部的“热库”。土星散发出来的热量比它从太阳接收到的热量大1倍还多。

土星、木星这两颗最大行星之间,还有很多相似的地方:木星自转很快,土星自转也不慢,只要10小时40分就自转1周;木星由于快速自转而形状变扁,土星也没有逃脱这一规律,它的赤道半径要比极半径长6000多千米。但是,土星公转的速度,比木星要慢,每秒钟9.64千米,绕太阳1周等于地球上29年半。看到这里,你自然而然会想到卫星。原来我们只知道太阳系里木星的卫星最多,现在已经发现土星的卫星数量超过了它。

自从1655年,惠更斯发现了土星的第1颗卫星——土卫6以来,到1978年共发现了10颗。近几年来,“先驱者”10号、11号和“旅行者”1号、2号先后采访了土星,提供了大量的资料。现在已经确定的土卫数目增加到了23颗,成为太阳系中卫星最多的一个行星。而且,根据地面观测,还发现有几十个“可疑者”,说不定它们当中有的真可能是土星的卫星哩!土星有这么多的卫星簇拥着在天空中运行,景色是多么壮观啊!

这些卫星由一半岩石和一半冰组成。岩石组成核心,外面包着冰层。从望远镜中看,这些卫星最多是个小小的亮点,其中有一半用望远镜也很难看见。“旅行者2号”的探测资料告诉我们:卫星上面有平原、峡谷、山岭,也有环形山,真可以说是千姿百态的20多个新世界哩!

已经确定的20多个卫星,除了土卫8和土卫9以外,都是规则卫星,它们的轨道近似圆形,在土星的赤道面上绕着土星旋转,旋转的方向和土星绕太阳公转的方向一致。除土卫9(可能还有土卫8)以外,这些卫星都是公转周期等于自转周期。所以它们也像月亮那样,始终以同一面对着土星。

在这些土星卫星当中,最引人注目的是土卫6.这是最先发现的1颗比月亮还要大的土星卫星,也是太阳系中目前所知的唯一有大气的卫星。“先驱者11号”和“旅行者1号”先后拜访了土卫6,给它描绘了一幅新的景象:土卫6像1只熟透了的桔子,表面掩盖桔红色的云雾,大气层的厚度达2700千米,超过了地球。大气的主要成分是氮,占98%。甲烷只占1%;另外还有少量的乙烷、乙炔、已烯等等;大气温度只有零下200℃,氮气有可能冷凝成微小的液滴,在卫星表面形成液体氮的湖泊。许多人都关心土卫6上是否有生命,“旅行者1号”的最新探测发现,土卫6的云层顶端确实有与生命有关的分子,但是这并不能说土卫6上就有生命。

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