美丽的土星
摘要：太阳系中，土星是美丽的，给了人们无限的幻想和向往，土星本身是美丽的，土星环是美丽的，土星的卫星带来无限的可能性。

关键词：土星土星环土卫六
从望远镜里看去,土星像戴着一顶漂亮的大草帽,是一颗非常美丽的天体，它周围还有为数众多的卫星，土星一直吸引着我们的注意。

一、太阳系第二大行星
在太阳系八大行星中,其大小仅次于木星,排行老二。

人类发射了先驱者11号、旅行者1号和、旅行者2号和卡西尼号土星探测器对土星进行探测。

土星直径12万千米,质量是地球的95.2倍,体积是地球的762倍。

从航天器探测到的数据和照片资料分析,土星的结构分为3层。

中心部位是直径1.2万千米的球体,由高压下的岩石和铁组成,密度最大,约为6克/立方厘米;中层是压缩层,主要由水和氢组成,呈海洋状态,厚为3.6万千米,密度次之,约为155克/立方厘米;最外面是大气圈,主要由氢、氦等气体组成,厚度约为1,8万千米,密度最小,约为0.25克/厘米“。

由此可以算出,土星的平均密度为0.7克/立方厘米。

也就是说土星是太阳系中唯一可以浮在水面的行星。

土星大气的主要成分是氢(占75% )和氦(占25% ),还有少量的甲烷、氨、PH3、H2S和水汽。

对流层温度自下而上降低,依次凝结出水、硫氢化氨、氨的3个冰晶云层，土星也有风暴，地球上的风暴和土星上的风暴是不可同日而语的。

由于土星与木星有许多相似之处,故将其称为类木行星。

如它也是公转缓慢而自转迅速,绕太阳运行1周竟需29.5个地球年，土星不象地球那样刚体式自转,而是作赤道快、极区慢、外部与内部不同的较差自转。

土星的射电辐射受自转调控,卡西尼飞船的探测表明,土星内部的自转周期现在为10小时45分45秒,比两艘旅行者飞船在1980和1981年所测慢6min,还不知是何原因。

在平均半径约为14亿千米的椭圆轨道上绕太阳公转的土星,具有磁场,且比地球磁场强千倍。

其特点是磁极方向与地球相反,且磁轴几乎与自转轴重合, 卡西尼飞船测量了土星的磁场,外部磁场有变化。

磁层显示很大变化,且受土星自转、等离子体源、太阳风影响,磁层内的电流片较薄且更延展。

卡西尼飞船接近土星的过程中,发现从土星系统逃出的高速(约100km /s)、微小(20nm以下)尘粒流,一部分来自A环周围。

质谱测量表明它们主要由氧、硅、铁组成的硅酸盐物质,还有水冰、氨和少许碳。

二、土星光环
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一顶漂亮的大草帽。

土星环位于土星的赤道面上。

在空间探测以前，从地面观测得知土星环有5个，其中包括3个主环(A环、B环、C环)和2个暗环(D环、E环)。

A环和B环之间为宽约5 000千米的”。

光环的颜色远看是红棕色，其实每层不同，A 环为紫色，B环内层为橙色、绿色，C环为蓝色，卡西尼缝是蓝色的。

最新探测，科学家们吃惊地发现:原来光一层又可细分成上千个大大小小的环，认为空无一物的卡西尼缝也存在着几个溉数千个、甚至上万个环，就像一个个巨大鬼比的呼拉圈，闭团围绕着土星。

土星环虽然面积辽阔，但其包含的总质量却仅相当于一颗直径400千米大小的卫星。

所以过去有一种观点认为，一颗直径大约400千米的卫星在太空中迷了路，太靠近土星了，结果被土星巨大的引力撕成了碎片，形成了土星环。

2010年12月，一位美国女天文学家通过电脑模拟研究了45亿年前土星刚从原始气体和尘埃盘中诞生不久之后的情况。

在之前的一项研究中她已经证明，从土星这种气态巨行星周围，会诞生出一颗颗卫星，这些卫星有的后来又会在行星引力作用下坠毁。

这种诞生又坠毁的现象直到气体和尘埃盘中的物质足够稀薄了之后才停止。

她计算了假如土星现在最大的卫星—直径约5000千米的泰坦—朝内迁移会发生什么情况。

计算表明，这颗卫星上大部分的冰在土星巨大潮汐力的作用下，首先融化然后又凝结成冰，均匀地把整颗卫星裹起来。

当卫星以螺旋状掉进土星时，这层冰质外壳会脱离卫星上岩石质的核心，形成几乎由纯冰组成的土星环。

因为土星环是由质量如此大的卫星毁灭而产生的，起初，环中物质比现在要密实好几个量级，但是随着一些新的冰质微型卫星从环中“析”出来，并在引力作用下分布于土星环内边缘，土星环中的物质密度后来就大大降低了。

根据这个计算她推测，土星环也许就是早期一颗非常大的土星卫星坠落土星
之后形成的。

当然，这个坠毁过程也可能多次发生:也许土星原先有好多大卫星，因为不断坠毁，死亡卫星抛却的冰衣形成了土星环。

这个新理论的吸引人之处在于不仅可以解释土星环的形成，还可以同时解释为何土星环内边缘聚集着那么多小质量的冰质卫星，—这也是土星的长期未解之谜。

近期的另一项研究似乎也支持现在的土星环是从原先密实得多的土星环演化而来的这个结论。

到2017年，当卡西尼号完成了对土星环的质量测量之后，我们或许可以检验这个假说是否正确。

三、土卫六
土卫六又名泰坦（Titan），它是荷兰天文学家克里斯蒂安•惠更斯于1655年3月25日发现的。

当时，他用自制的望远镜对准土星，在土星的旁边意外地发现了土卫六。

现在知道，土卫六的直径达5150 千米，不仅比月球、乃至比水星还大，但平均密度仅1.88克/立方厘米，估计含有近半的水冰，其余的是氨冰、甲烷冰和硅酸盐。

从观测资料和理论研究，得出土卫六有这样的结构：中央是硅酸盐的星核，往外依次是高压冰层、液态水（溶有甲烷和氨）层、冰外壳和大气。

它是土星最大的卫星，还一直被认为是太阳系中最大的卫星，直到后来查明了木卫三的直径后，人们才发现它的个头仅次于木卫三，在太阳系的卫星中位列第二。

已有探测表明，土卫六上有很大的液体表面，那些甲烷水可以蒸发，凝结，降雨，形成蔚为壮观的大气循环，所以在土卫六上，会不时地下一场甲烷雨，还有可能出现美丽的彩虹。

天文学家们还在惠更斯号从土卫六上发回的电场数据中找到了明确的闪电信号，它来自土卫六的大气云层，这是一个令人兴奋的消息，因为地球上最早的有机分子就是在大气闪电的作用下合成的。

土卫六的大气和化学物质让科学家们嗅到了几十亿年前地球的气息，他们设想，在几十亿年之后，当太阳变为一颗红巨星，地球已被太阳烤焦的时候，土卫六却借此机会变得温暖起来，那时的土卫六或许成为一个生机勃勃的星球。

到2008年11月，卡西尼号已经绘制出 20% 左右的土卫六的表面图像。

通过对已观察到的数百个湖泊和海洋进行调查和统计，科学家估计土卫六可能蕴含更多的液态烃和天然气等其他有机物，远远超过地球储量。

卡西尼号项目小组报告认为，在土卫六上的湖泊和海
洋中所蕴含的天然气，可能是地球储量的上亿倍，而目前卡西尼号观测的也只是土卫六的南极地区。

科学家分析认为，土卫六上蕴含很多的甲烷，甲烷是一种强有力的温室气体，当甲烷从液态的湖泊和海洋逃逸到土卫六的大气层时，由于化学作用，土卫六的大气层温度会发生改变。

这种变化和早期地球的大气层非常相似，同时土卫六大气中还有一氧化碳和二氧化碳的痕迹。

在存在液体水，同时大气层温度又会发生变化的条件下，生命很有可能会产生。

在土卫六上，更令人惊讶的是大片的“沙丘”，它覆盖了土卫六20%的表面。

在地球上，沙丘的形成来自于稳定的风的吹动，风将沙粒吹散开来，堆积成山脊似的形状，并使之越变越大，那些沙子通常来自石英、石膏和玄武岩。

但在土卫六上，“沙粒”来自于大气层中的索林斯，它们降到地面后，被某种迄今尚不知道的力量塑造成了碳氢化合物的“沙粒”。

一旦阳光经过赤道，风就会大起来，在这种风的吹动下，“沙粒”便以和地球上产生沙丘的相同道理形成土卫六的“沙丘”了。

虽然惠更斯探测器已完成着陆土卫六的使命,但是卡西尼轨道器还在继续探测包括土卫六在内的土星系统。

现在展现的惊奇图像和资料只是初步的序幕,更多的重要成果将陆续出现。

参考文献
【1】胡中为土星及其卫星的新面貌自然杂志 28卷1期
【2】张唯诚土卫六——地球的远古“化身”科技视野 2013.6
【3】李良土卫六探秘现代物理知识 24卷第3期(总141期) 【4】吕之品土星环形成之谜宇宙探秘
【5】尹怀勤美丽的土星《太空探索》2001年第10期
【6】刘春晓土星揭秘《太空探索》2013年第1期。