行星佳丽——土星之谜
土星是离太阳第六远的一颗美丽的行星,凡是用望远镜看过土星的人,无不惊叹不已。
土星长期被当做太阳系的边界,直到1781年发现天王星之后,太阳系才得以扩大。土星运动迟缓,人们将它看作时间和命运之神的象征。罗马神话中称其为萨图努斯神,即希腊神话中的克洛诺斯,他是神王宙斯之父,是在推翻父亲之后登上天神宝座的。无论东方还是西方,都把土星与农业联系在一起。在天文学中的符号,像是一把主宰农业的大镰刀。
土星公转轨道半径为14亿千米,冲日时最大亮度为0.4星等。土星那橘色的表面,飘浮着明暗相间的彩云,配以赤道面上那发出柔和光辉的光环,远远望去真像个戴着顶大沿遮阳帽的女郎。
土星自转一周为10小时14分。由于自转迅速,赤道凸出成为一个扁球体,赤道半径要比两极半径大6000多千米。土星公转周期为29.5年,约合二十八宿之数,每年镇一宿,故古时我国又称其为“镇星”。
土星直径约12万千米,是地球的9.5倍;体积是地球的730倍。但它的平均密度却比水还要小,仅有0.7克/立方厘米。假如将土星放入水中,它会浮在水面上。
土星大小仅次于木星,它们有许多相似之处。土星的内部结构与木星相似,也有岩石构成的核,核的外面是5000千米厚的冰层和壳层,再外面也像木星一样被色彩斑斓的云带包围着,这些彩色的云带主要由氢、氦以及甲烷等组成。如果说木星大气运动多变,那么土星大气运动就显得平静、单纯而快速。土星表面的喷射流,速度最快时可高达400米秒以上。可真正的土星表面是看不到的,我们看到的只是云顶,其温度低于-200℃。
土星最让人着迷的便是美丽的土星环。伽利略在1610年用自制望远镜观察土星时,发现土星有两个“耳朵”。他误认为土星可能是由一大二小三个天体组成,怀疑这两耳朵是两颗卫星。但他一直不敢将观察结果发表,其原因是“卫星”并没有绕土星公转,似乎永远停留不动。而更令他惊奇的是那两颗“卫星”两年后竟然失踪,3年后又重新出现。
半个世纪后,荷兰天文学家用更大更好的望远镜进行观测,才揭开了这个谜。原来那两颗“卫星”是与土星不相连接、环绕在土星赤道面上的光环。光环由无数形状、大小不等,直径在0.076米~9米之间的冰块组成,以很快的速度围绕土星运转,在太阳光的照耀下呈现出各种颜色。光环的直径达27万千米,厚度为10千米左右,自东向西自转。
人们根据地面观测和空间探测,把土星环划分为7层。距土星最近的是D环,亮度最暗;其次是c环,透明度最高;B环最亮;最后是A环。在A环和B环之间就是著名的卡西尼环缝,缝宽约5000千米。在A环之外有E、F、G3个环,最外层的是E环,十分稀薄和宽广。
科学家通过观察发现,土星环每一层又可细分成上千条大大小小的小环,即使被认为空无一物的卡西尼缝也存在几条小环。土星环的整体形状类似一张巨大的密纹唱片,从土星的云顶一直延伸到32万千米远的地方。光环的颜色远看是红棕色,其实每层都稍有不同,C环是蓝色,B环内层为橙色,外层为绿色,A环为紫色,卡西尼缝是蓝色的。
1675年,意大利天文学家卡西尼发现光环中有一圈空隙,这就是著名的卡西尼环缝。
为什么土星光环上有缝隙?科学家认为,土星光环里的物质之间有相互吸引力,因为土星周围的10多颗卫星从不同的方向吸引着光环上的物质,所以光环上的固体物质承受多种力的作用,形成了较大的缝隙。
至于为什么土星有美丽的光环呢?它又是怎样形成的,迄今为止,还是一个谜。