土星

土星1/16土星AdjectiveSaturnian轨道参数[2][3]历元J2000远日点1513325783公里10.11595804天文单位近日点1353572956公里9.04807635天文单位半长轴1433449370公里9.58201720天文单位离心率0.055723219轨道周期10832.327天29.657296儒略年会合周期378.09天[1]平均速度9.69公里/秒[1]平近点角320.346750°轨道倾角2.485240°5.51°对土星赤道升交点黄经113.642811°近日点参数336.013862°卫星～200颗已观测过（62颗的轨道已确认）物理特征赤道半径60268±4公里[4][5]9.4492地球极半径54364±10公里[4][5]8.5521地球半径扁率0.09796±0.00018表面积4.27×1010公里²[5][6]83.703地球体积8.2713×1014公里³[1][5]763.59地球质量5.6846×1026公斤[1]95.152地球平均密度0.687公克/厘米³[1][5]土星2/16（比水低）表面重力8.96米/秒²[1][5]0.914g逃逸速度35.5公里/秒[1][5]恒星自转周期0.439–0.449天[7]（10小时32-47分钟）赤道自转速度9.87公里/秒[5]35500公里/小时转轴倾角26.73°[1]北极赤经2h42min21s40.589°[4]北极赤纬83.537°[4]反照率0.342(综合的)0.47(几何的)[1]表面温度最低平均最高1帕水平134K[1](-139°C)0.1帕84K[1]视星等+1.2to-0.24[8]角直径14.5—20.1[1](排除环)大气[1]大气标高59.5公里成分~96%氢(H2)~3%氦~0.4%甲烷~0.01%氨~0.01%重氢(HD)土星，为太阳系八大行星之一，至太阳距离（由近到远）位于第六、体积则仅次于木星。并与木星、天王星及海王星同属气体（类木）巨星。古代中国亦称之镇星或填星。土星是中国古代人根据五行学说结合肉眼观测到的土星的颜色（黄色）来命名的（按照五行学说即木青、金白、火赤、水黑、土黄）[9]。而其他语言中土星的名称基本上来自希腊/罗马神话传说，例如在欧美各主要语言（英语、法语、西班牙语、俄语、葡萄牙语、德土星3/16语、意大利语等）中土星的名称来自于罗马神话中的农业之神萨图尔努斯（拉丁文：Saturnus），其他的还有希腊神话中的克洛诺斯（泰坦族，宙斯的父亲，一说其在罗马神话中即萨图尔努斯）、巴比伦神话中的尼努尔塔和印度神话中的沙尼。土星的天文学符号是代表农神萨图尔努斯的镰刀（Unicode:♄）。土星主要由氢组成，还有少量的氦与微痕元素[10]，内部的核心包括岩石和冰，外围由数层金属氢和气体包覆著。最外层的大气层在外观上通常情况下都是平淡的，虽然有时会有长时间存在的特征出现。土星的风速高达1,800公里/时，明显的比木星上的风快速。土星的行星磁场强度介于地球和更强的木星之间。土星有一个显著的环系统，主要的成分是冰的微粒和较少数的岩石残骸以及尘土。已经确认的土星的卫星有62颗。其中，土卫六是土星系统中最大和太阳系中第二大的卫星（半径2575KM）（太阳系最大的卫星是木星的木卫三，半径2634KM），比行星中的水星还要大；并且土卫六是唯一拥有明显大气层的卫星由于其低密度、高速自转和流体的可变性，土星的外形呈现为一个椭球体，也就是极轴相对扁平而赤道相对突出，它的赤道直径和两极直径之比相差大约10%（前者120,536公里，后者108,728公里）[1]。其它气体行星虽然也是椭球体，但突出程度都较小。虽然土星核心的密度远高于水，但由于存在较厚的大气层，土星仍是太阳系中唯一密度低于水的行星，它的比重是0.69公克/厘米³。土星的质量是地球的95倍[1]，相较之下木星质量是地球的318倍[12]，但直径只比土星大约20%[13]。木星和土星一起在太阳系持有总行星质量的92%。内部构造土星被称为气态行星，但它并不完全是气态的。行星主要包括氢气，在密度为0.01g/cm3以上时氢气变成了非理想液体。此密度被达到在包含99.9％土星质量的半径。从行星内部直到的核心的温度，压力和密度全都是稳步上升，使在行星的更深层导致氢气转变成金属。[14]虽然只有少量的直接资料，但标准的行星模型表明，土星的内部结构仍被认为与木星相似，即有一个被氢和氦包围着的小核心。岩石核心的构成与地球相似但密度更高。在核心之上，有更厚的液体金属氢层，然后是数层的液态氢和氦层，在最外层是厚达1,000公里的大气层[15]，也存在着各种型态冰的踪迹。估计核心区域的质量大约是地球质量的9–22倍[16]。土星有非常热的内部，核心的温度高达11700°C，并且辐射至太空中的能量是它接受来自太阳的能量的2.5倍。大部分能量是由缓慢的重力压缩（克赫历程）产生，但这还不能充分解释土星的热能制造过程。额外的热能可能由另一种机制产生：在土星内部深处，液态氦的液滴如雨般穿过较轻的氢，在此过程中不断地通过摩擦而产生热[17]。土星4/16土星示意图大气层土星外围的大气层包括96.3%的氢和3.25%的氦，可以侦测到的气体还有氨、乙炔、乙烷、磷化氢和甲烷[18]。上层的云由氨的冰晶组成，较低层的云则由硫化氢铵（NH4SH）或水组成[19]。相对于太阳所含有的丰富的氦，土星大气层中氦的丰盈度明显低得多。对于比氦重的元素的含量，目前所知不甚精确；但如果假设与太阳系形成时的原始丰盈度是相当的，则可估算出这些元素的总质量是地球质量的19–31倍，而且大部分都存在于土星的核心区域[20]。云层土星的温度辐射图：土星南极底部是一个明显的热点。土星5/16土星的上层大气与木星相似（在相同定义的前提下），同样都有着一些条纹；但土星的条纹比较暗淡，并且赤道附近的条纹也比较宽。从底部延展至大约10公里高处，是由水冰构成的层次，温度大约是-23°C。在这之后是硫化氢氨冰的层次，延伸出另外的50公里，温度大约在-93°C，在这之上是80公里的氨冰云，温度大约是-153°C。接近顶部，在云层之上200公里至270是可以看见的云层顶端，由数层氢和氦构成的大气层[21]。土星的风速是太阳系中第二高的，仅次于海王星，航海家计划的数据显示土星的东风最高可达500m/s（1,800公里/时）[10]。直到航海家探测器飞越土星，比较纤细的条纹才被观测到。然而从那之后，地基望远镜也被改善到在通常情况下都能够观察到土星的这些细纹。土星的大气层通常都很平静，偶尔会出现一些持续较长时间的长圆形特征，以及其他在木星上常常出现的特征。1990年，哈柏太空望远镜在土星的赤道附近观察到一朵极大的白云，是在航海家与土星遭遇时未曾看见的，在1994年又观察到另一朵较小的白云风暴。1990年的白云是大白斑的一个例子，这是在每一个土星年（大约30个地球年），当土星北半球夏至的时候所发生的独特但短期的现象[22]。之前的大白斑分别出现在1876、1903、1933和1960年，并且以1933年的最为著名。如果这个周期能够持续，下一场大风暴将在大约2020年发生[23]。卡西尼号看见的土星，通过环看见的土星呈现蓝色。来自卡西尼号太空船的最新图像显示，土星的北半球呈现与天王星相似的明亮蓝色（见下图）。这种蓝色非常可能是由瑞利散射造成的，但因为当时土星环遮蔽住了北半球，因此从地球上无法看见这种蓝色。航海家1号发现北极区的六边形云彩特征，并在2006年被卡西尼号太空船证实[24]。土星6/16天文学家通过分析红外线影像发现土星有一个“温暖”的极地漩涡，这种特征在太阳系内是独一无二的。天文学家认为这个点是土星上温度最高的点，土星上其他各处的温度是-185°C，而该漩涡处的温度则高达-122°C[25]。在航海家1号的影像中最先被注意到的是一个长期出现在78°N附近，围绕着北极的六边形漩涡[26][27]。不同于北极，哈勃太空望远镜所拍摄到的南极区影像有明显的“喷射气流”，但没有强烈的极区漩涡，也没有“六边形的驻波”[28]。但是，NASA报告卡西尼号在2006年11月观测到一个位于南极像飓风的风暴，有着清晰的眼壁[29]。这是很值得注意的观测报告，因为在过去除了地球之外，没有在任何的行星上观测到眼壁云（包括伽利略号太空船在木星的大红斑上都未能发现眼壁云）[30]。在北极的六边形中每一边的直线长度大约是13800公里，整个结构以10h39m24s自转，与行星的无线电波幅射周期一样，这也被认为是土星内部的自转周期。这个六边形结构像大气层中可见的其他云彩一样，在经度上没有移动。这个现象的规律性的起源仍在猜测之中，多数的天文学家认为是在大气层中某种形式的驻波，但是六边形也许是一种新型态的极光。在实验室的流体转动桶内已经模拟出了多边型结构[31]。磁层主条目：土星磁层土星有一个简单的具有对称形状的内在磁场——一个磁偶极子。磁场在赤道的强度为0.2高斯（20µT），大约是木星磁场的20分之一，比地球的磁场强大,为地球的20倍[32]；由于强度远比木星的微弱，因此土星的磁层仅延伸至土卫六轨道之外[33]。磁层产生的原因很有可能与木星相似——由金属氢层（被称为“金属氢发电机”）中的电流引起[33]。与其他的行星一样，土星磁层会受到来自太阳的太阳风内的带电微粒影响而产生偏转。卫星土卫六的轨道位于土星磁层的外围，并且土卫六的大气层外层中的带电粒子提供了等离子体[32]。轨道和自转六边型风暴特征的动画。土星7/16土星和太阳的平均距离超过了1400000000公里（9天文单位），轨道上运行的平均速度是9.69公里/秒[1]，所以土星上的一年（即土星绕太阳公转一周）相当于10759个地球日（或是28.5地球年）[1]。土星的椭圆轨道相对于地球轨道平面的倾角为2.48°[1]，因为离心率为0.056，因此土星与太阳在近日点和远日点（行星在轨道路径上与太阳最近和最远的两个点）之间的距离变化大约为155000000公里[1]。土星可见的特征（如六边型风暴）的自转速率根据所在纬度的不同而有所不同，各个的区域的自转周期如下：“系统I”的周期是10h14min00s（844.3°/d），包含的是赤道区域，从南赤道带的北缘延伸至北赤道带的南缘；其他的纬度都属于周期为10h39min24s（810.76°/d）的“系统II”；基于航海家飞越土星时发现的无线电波，“系统III”的周期为10h39min22.4s（810.8°/d）；因为与系统II非常接近，它可以很大程度上替代系统II。然而，精确的内部周期仍然未能确定。卡西尼太空船在2004年接近土星时，发现无线电的周期又有可察觉的增加，达到10h45m45s（±36s）[34]。造成变化的原因仍不清楚，但这种变化被认为是由于无线电的来源在土星内部不同的纬度上运动而改变了自转周期，而不是出自土星本身自转周期上的变化。而后，在2007年，无线电发射被发现没有跟随着行星一起旋转，而可能是由等离子体圆盘的对流造成的，它也与除了行星的自转之外的其他因素有关。有报道指出，这种测量到的自转周期的变化也许是由土星卫星土卫二上的喷泉活动造成的。由这种活动而散布进入土星轨道的水蒸气被电离，从而影响了土星的磁场，使得磁场的旋转速度相对于土星的自转被稍稍降低。目前还没有方法可以直接测定土星核心的自转速率[35][36][37]在2007年9月的报告中，根据各种测量结果（包括卡西尼、航海家和先锋号的报告）综合而得的对土星自转的最后估计值是10小时32分35秒[38]。土星环土星环是太阳系中最引人注目的景象（这张影像是卡西尼太空船在2007年拍摄的）[15]。主条目：土星环土星最为人知的莫过于它的行星环系统了，土星环被认为是太阳系内所观察到的令人印象最深刻的景观[15]。历史土星8/16土星因为它美丽的行星环而出名，它也是最早被发现具有光环的行星。土星环首先被伽利略在1610年7月用他自制的望远镜观察到了，但因为望远镜成象不好