八大行星(No.6) –土星Saturn

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土星是從太陽數來第六顆行星，也是太陽系第二大行星，軌道半徑為142,940萬公里 (9.54AU)；赤道處直徑為120,536公里；質量是5.68x1026公斤。


土星自史前時代就已為人所知。1610年，伽利略首度以望遠鏡觀測土星，他有注意到土星的奇怪形狀但無法解釋。

由於地球每隔幾年就會通過土星環所在的平面，也就是說我們會因正對土星環的側面而無法看到環面，因而早期對土星的觀測常常出現難解的差異，直到一幅低解析度影像出現才大大改觀，1659年，Christiaan Huygens 正確推論出土星環的空間幾何狀態。

以往我們以為土星是唯一有環的行星，直到1977年發現天王星具有微薄的環，稍後又發現了木星和海王星的環才知道原來氣體行星都有環。


1979年美國探測船先鋒11號首度造訪土星，之後航海家一、二號 (Voyager 1/2) 也到過。

2004年卡西尼號 (Cassini) 將會抵達土星，現在它正在路上。

用小型天文望遠鏡觀測就可以發現土星有一點扁平，它的赤道處與兩極處的直徑比為110% (120,536公里比108,728公里)，這是由於土星是流體行星且自轉特別快的緣故，其實其它氣體行星也是略扁，只是沒有土星這麼嚴重。



土星的密度是所有行星中最低的，平均比重只有0.7，比水還低。所以理論上土星會在水中浮起來，只要你找到夠大片的水體。


土星有75%的氫和25%的氦，加上少量的水、甲烷、氨以及「岩石」，和木星的組成一樣，也與太陽系的前身－原始太陽星雲 (Solar Nebula) 的組成相似。

土星的內部結構也與木星類似，有一個岩石質的核、一個液態金屬狀氫層及分子氫氣外層，也有微量的冰。


土星內部是高溫的，核心可達12,000K，它發散至太空中的能量多於自太陽吸收的能量。

和木星一樣，土星自產能量是由於 Kelvin-Helmholtz 效應，但此效應可能不足以完全解釋它所有幅射出的能量，也許還有別的機制存在。

木星的風帶非常鮮明，土星則模糊多了，在近赤道區還能看到一些。

土星雲頂的細節在地球上觀測不到，直到航海家1號造訪才開啟了有關其大氣環流的瞭解，原來土星也有一些長命斑點及其它木星上常見的特徵。

1990年，哈伯太空望遠鏡在土星赤道附近觀察到一團巨大的白色雲團，這是航海家時期還沒有的；1994年又觀察到另一團較小的氣旋。


從地球上可以觀察到土星有兩個清晰的環 (A環和B環) 及一個模糊的環 (C環)。

A環與B環之間就是著名的卡西尼環縫 (Cassini division)，在A環外側還有一個模糊得多的恩克 (Encke) 環縫，這個環縫的命名大有問題，因為恩克很可能從未看過此環縫！

後來航海家1號又新發現了4個模糊的環縫。

雖然土星環自地球看起來像是一個連續平面，但其實是由各具獨立軌道的無數小物體所組成，它們的大小自1公分至數公尺不等，少數甚至有數公里寬。

土星環非常薄，雖然它的寬度可達25萬公里以上，厚度卻不到1.5公里；它看起來頗為壯觀，但實際上包含的物質卻不多，如果把土星環所有的物體擠壓在一起，直徑連100公里都還不到。

與其它行星環不同，土星環非常亮，反照率達 0.2至0.6，似乎是主要是由水冰組成，但也可能有一些包著冰殼的岩石。


航海家1號確認土星環有所謂的非同步輻射 (radial inhomogeneities) 現象存在，稱為「spokes」，這個奇怪的現象最早是由業餘天文學家所發現，此現象的成因至今仍成謎，但或許與土星的磁場有關。


土星的最外環F環，是由數個相互糾結的小環形成的複雜結構，此一特別結構可在航海家1號的影像中看到；

但是航海家2號卻沒有觀測到，可能它觀測到的剛好是沒有糾結的部分。

土星有些衛星及環之間會產生複雜的重力共振現象，有所謂的「牧羊衛星」(shepherding satellites) 如土衛十五 (Atlas),土衛十六 (Prometheus) 及土衛十七 (Pandora)，它們對維持環的穩定有舉足輕重的影響；

土衛一 (Mimas) 使得卡西尼環縫中缺乏物質，與小行星帶中的 Kirkwood 環縫成因相似；土衛十八 (Pan) 則剛好位於恩克環縫中。這整個系統非常複雜，目前我們對其知之甚少。


土星環及其它類木行星環的起源目前仍未知。

即使行星環可能自行星形成時就已存在，它們的系統並不穩定且勢必因各種作用而不斷更新，或許也會自較大的衛星分裂而來。


如同其它類木行星一樣，土星有很強大的磁場。


夜空中的土星很容易以肉眼看到，雖然它不如木星那麼明亮，但由於不會像恆星一樣閃爍，因此可輕易從繁星中辨認出來。

使用小型天文望遠鏡即可看到土星環及較大衛星。

有些網站可以顯示土星及其它行星在天空的現在位置；

更多的細節及圖表則可以在一些星圖軟體如Starry Night中找到。

Monfortino

有環行星。

馬甸尼

八大行星, 土星解說