土星

物理特征

土星是一个长方形球体，这意味着它在两极是扁平的，在赤道周围膨胀。这颗行星的赤道直径是120,536公里（74,898英里），而它的极地直径（从北极到南极的距离）是108,728公里（67,560英里）；相差9%。土星由于自转速度非常快，每10.8小时一次，所以形状扁平。

土星是太阳系中唯一一颗密度小于水的行星。尽管这颗行星的核心非常密集，但它有一个气体大气层，所以行星的平均比密度是0.69克/厘米³。这意味着如果土星能放在一个大水潭里，它就会漂浮起来。

氛围

土星大气层的外层由约96%的氢、3%的氦、0.4%的甲烷和0.01%的氨组成。此外还有极少量的乙炔、乙烷和磷化氢。

土星的云层呈现出带状图案，就像在木星上看到的云带一样。土星的云层要暗淡得多，赤道上的云带更宽。土星最低的云层由水冰组成，厚度约为10公里（6英里）。这里的温度相当低，为250K（-10°F，-23℃）。然而科学家对此并不认同。上面的一层，约77公里（48英里）厚，是由氢硫化铵冰组成，上面是80公里（50英里）厚的氨冰云层。最高的一层是由氢气和氦气组成，它延伸到水云顶上200公里（124英里）至270公里（168英里）之间。已知土星的极光也是在中间层形成的。土星云顶的温度极低，为98K（-283°F，-175°C）。由于土星内部产生的热量，内层的温度比外层高得多。土星的风是太阳系中速度最快的，时速达到1,800公里（1,118英里/小时），比地球上的风快10倍。

风暴和斑点

土星的大气层也会形成椭圆形的云层，类似于在木星上看到的较清晰的斑点。这些椭圆形斑点是气旋风暴，与地球上看到的气旋相同。1990年，哈勃太空望远镜在土星赤道附近发现了一朵很大的白云。像1990年这样的风暴被称为大白斑。这些独特的风暴只存在很短的时间，大约每30个地球年才会发生一次，在北半球的夏至时节。在1876年、1903年、1933年和1960年也发现了大白斑。如果这个周期继续下去，大约在2020年将形成另一次风暴。

旅行者1号航天器在北纬78度左右的土星北极附近发现了一个六边形云团图案。卡西尼-惠更斯探测器后来在2006年证实了这一点。与北极不同的是，南极并没有出现任何六边形云纹特征。探测器还发现了一个锁定在南极的类似飓风的风暴，清晰地显示出眼球。在这一发现之前，眼墙只在地球上出现过。

内部

土星的内部与木星的内部相似。土星的中心有一个小的岩石核心，大小与地球差不多，它的温度很高，达到15,000 K（26,540 °F（14,727 °C）。土星非常炎热，温度高达15,000 K（26,540 °F（14,727 °C））。土星是如此的热，以至于它向太空释放的热能比它从太阳接收的热能还要多。它的上方是一层较厚的金属氢，深约30,000公里（18,641英里）。在这层之上是一个液态氢和氦的区域。核心很重，质量约为地核的9至22倍。

磁场

土星的天然磁场比木星弱和地球一样，土星的磁场是一个磁偶极子。土星磁场的独特之处在于 它是完全对称的 不像其他已知的行星那样這意味著磁場與行星的軸線完全一致土星会产生无线电波 但太微弱了，无法从地球上探测到。土卫六卫星在土星磁场的外侧运行，并从土卫六大气层的电离粒子中向磁场发出等离子体。

北极六边形云团首次被旅行者1号和后来的卡西尼号发现。


罗伯特-胡克于1666年绘制的土星图。


土星与地球大小比较

旋转和轨道

土星与太阳的平均距离超过1,400,000,000公里（869,000,000英里），约为地球与太阳距离的9倍。土星围绕太阳运行需要10,759天，或约29.8年。这被称为土星的轨道周期。

旅行者1号测量到土星的自转在赤道为10小时14分，在靠近两极的地方为10小时40分，在行星内部为10小时39分24秒。这被称为其自转周期。

卡西尼号测量的土星自转时间为10小时45分45秒±36秒。这比1980年和1981年飞越土星的旅行者1号和旅行者2号航天器测量的射电旋转周期长约6分钟，即1%。

土星的自转周期是通过行星释放的无线电波的旋转速度计算出来的。卡西尼-惠更斯号航天器发现，无线电波的速度变慢了，这说明自转周期增加了。由于科学家认为土星的自转速度实际上并没有减慢，因此解释可能在于导致无线电波的磁场。

行星环

土星最著名的是它的行星环，用望远镜很容易看到。有七个命名的星环：A、B、C、D、E、F和G环。它们是按照被发现的顺序命名的，这与它们在行星上的顺序不同。从行星上看，这些环的顺序是：D，C，B，A，F，G和E。

科学家认为，这些环是一颗月球破裂后留下的物质。一个新的观点说，那是一颗非常大的卫星，其中大部分都撞到了地球上。这留下了大量的冰块，形成了星环，还有一些卫星，如恩克拉多斯，也被认为是由冰块构成的。

历程

环是伽利略-伽利莱在1610年用他的望远镜首次发现的。在伽利略看来，它们并不像环，所以他称它们为"手柄"。他认为土星是三颗独立的行星 几乎相互接触1612年，当土星环面对地球边缘时，土星环消失了，然后在1613年再次出现，使伽利略更加困惑。1655年，Christiaan Huygens是第一个发现土星被环包围的人。他使用比伽利略的望远镜更强大的望远镜，指出土星"被一个薄薄的、平平的、环状的、无处可触的环所包围......"。1675年，乔瓦尼-多梅尼科-卡西尼发现，行星的环其实是由较小的环状物组成，并有间隙。最大的环状缝隙后来被命名为卡西尼分部。1859年，詹姆斯-克拉克-麦克斯韦表明，环不可能是实心的，而是由小颗粒组成的，每一个小颗粒都会自行绕土星运行，否则，土星就会变得不稳定或破裂。詹姆斯-基勒在1895年用光谱仪研究了土星环，证明了麦克斯韦的理论。

物理特征

星环距离地球赤道上方6,630公里（4,120英里）至120,700公里（75,000英里）。正如麦克斯韦所证明的那样，尽管从上面看，星环似乎是坚实的，没有断裂，但星环是由小颗粒的岩石和冰组成的，它们只有10米（33英尺）厚，由硅质岩石和冰组成。它们只有大约10米（33英尺）厚；由硅岩、氧化铁和冰粒组成。最小的颗粒只是灰尘的斑点，而最大的颗粒则有一栋房子那么大。C环和D环中似乎也有"波浪"，就像水中的波浪。这些大波浪有500米（1640英尺）高，但每天只以大约250米（820英尺）的速度缓慢移动。一些科学家认为，这种波浪是由土星的卫星引起的。另一种想法是，这些波浪是1983年或1984年一颗彗星撞击土星而产生的。

环中最大的缝隙是卡西尼星系和恩克星系，这两个星系从地球上都能看到。卡西尼分部是最大的，宽4,800公里（2,983英里）。然而，当旅行者号航天器在1980年访问土星时，他们发现这些环是一种复杂的结构，由成千上万个细小的缝隙和环状物组成。科学家认为，这是土星一些卫星的引力造成的。小小的卫星潘在土星环内运行，在环内形成了一条缝隙。其他环状物由于牧羊人卫星的引力而保持其结构，如普罗米修斯和潘多拉。其他缝隙的形成则是由于更远处一颗大卫星的引力。卫星Mimas负责清理掉卡西尼的缺口。

卡西尼号航天器最近的数据显示，环有自己的大气层，不受行星大气的影响。星环的大气层是由氧气组成的，当太阳的紫外线打破星环中的水冰时，就会产生氧气。紫外线和水分子之间也会发生化学反应，产生氢气。星环周围的氧气和氢气大气层的间距非常大。除了氧气和氢气，环上还有一层薄薄的氢氧化物大气。这种阴离子是由哈勃太空望远镜发现的。

辐条

旅行者号空间探测器发现了形状像射线的特征，称为辐条。哈勃望远镜后来也看到了这些特征。卡西尼号探测器在2005年拍摄到了这些辐条。在阳光下，它们被看成是暗的，而对着没有光亮的一面，则显得很亮。起初人们认为这些辐条是由微尘颗粒构成的，但新的证据表明它们是由冰构成的。它们与行星的磁层同时旋转，因此，人们认为它们与电磁学有关。然而，是什么原因导致辐条的形成仍是未知数。它们似乎是季节性的，在冬至时消失，在春分时又出现。

旅行者2号拍摄的土星环辐条。

月亮

土星有53颗已命名的卫星，另有9颗仍在研究中。许多卫星都非常小：33颗卫星的直径不到10公里（6英里），13颗卫星的直径不到50公里（31英里）。7颗卫星大到足以成为一个由自身引力造成的近乎完美的球体。这些卫星是土卫六、瑞亚、伊阿佩托斯、狄奥尼、特提斯、恩塞拉多斯和米玛斯。土卫六是最大的卫星，比水星还大，它是太阳系中唯一拥有厚实、浓密大气层的卫星。Hyperion和Phoebe是第二大的卫星，直径超过200公里（124英里）。

2004年12月和2005年1月，一颗名为"卡西尼-惠更斯"探测器的人造卫星拍摄了大量土卫六的近距离照片。这颗卫星的一部分被称为惠更斯探测器，随后降落在土卫六上。它以荷兰天文学家克里斯蒂安-惠更斯的名字命名，是第一个在外太阳系降落的航天器。探测器被设计成漂浮的，以防它在液体中降落。安克拉多斯是第六大卫星，直径约500公里（311英里）。它是少数几个显示火山活动的外太阳系天体之一。2011年，科学家们发现土星和土卫六之间存在着电连接。这是由于这颗小卫星上火山的电离粒子与土星的磁场相互作用造成的。类似的相互作用也会导致地球上的北极光。

勘探

1979年9月，先锋11号航天器首次对土星进行了探测。它飞近该行星云层上方20,000公里（12,427英里）。它拍摄了该行星及其一些卫星的照片，但分辨率很低。它发现了一个新的薄环，称为F环。它还发现，当朝向太阳看时，暗环的缝隙显得很亮，这表明这些缝隙并不是空的物质。宇宙飞船测量了卫星土卫六的温度。

1980年11月，旅行者1号访问了土星，并拍摄了该行星、环和卫星的高分辨率照片。这些照片能够显示出卫星的表面特征。旅行者1号走近土卫六，获得了许多关于其大气层的信息。1981年8月，旅行者2号继续研究这颗行星。太空探测器拍摄的照片显示，环和大气层正在发生变化。旅行者号航天器发现了一些在土星环附近运行的卫星，并发现了新的环状空隙。

2004年7月1日，卡西尼-惠更斯探测器进入土星轨道。在此之前，它飞近菲比星，对其表面拍摄了非常高的分辨率的照片并收集了数据。2004年12月25日，惠更斯号探测器与卡西尼号探测器分离，然后向土卫六表面移动，并于2005年1月14日在那里着陆。它降落在一个干燥的表面，但它发现月球上存在大量的液体体。卡西尼号探测器继续收集土卫六和一些冰雪卫星的数据。它发现了卫星恩克拉多斯的喷泉中有水喷出的证据。2006年7月，卡西尼号还证明土卫六在其北极附近有碳氢化合物湖泊。2007年3月，卡西尼号在其北极附近发现了一个与里海一样大的碳氢化合物湖。

自2005年初以来，卡西尼号观测到土星上发生的闪电。据测量，闪电的威力是地球上闪电的1000倍。天文学家认为，在土星观测到的闪电是有史以来最强的闪电。

绕土星轨道上的卡西尼号图纸


2007年从卡西尼号航天器上看到的土星。

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