天界的樂樂球──土星 

 

土星,我國古代稱為「鎮星」,這是因為古人觀測土星,得知其每隔二十八年多繞行一周天,剛好一年巡視二十八宿之一宿,而為二十八宿的坐鎮,故名鎮星。在沒有發明望遠鏡之前,土星是所知的行星中,以其距離太陽平均近十四億三千萬公里而為最遠的行星。土星的直徑有十二萬公里,體積為地球的八百三十倍,僅次於木星而為太陽系第二大行星,這個巨無霸級的行星,實際上是個「外強中乾」而虛有其表,這是因為它的體積雖大,但質量卻僅有地球的九十五倍,簡單的換算一下,即可知其平均密度竟然低至 0.7-比水的密度還小,因此各位網友要是家中有個「比較大」的水盆,當裝滿水後把土星「丟」進去,在一陣滔天駭浪之後,你會發現土星竟然又冒了出來而「浮在水面上」,什麼!你不相信!你不做怎麼知道是真還是假?!……

土星的三張玉照 

土星的體積雖然很大,但自轉一周卻僅需十時十四分,在疾速自轉造成強大的離心力下,赤道因而凸出而比南北兩極的距離多出將近一萬二千公里,幾乎相當於一個地球的直徑,因此如果你從高倍望遠鏡中仔細看去,可見土星明顯呈現為稍扁的體態,活像老夫子漫畫中充滿喜感的「大蕃薯」,或許因為這樣才被稱為「土」星吧!

土星如同木星一般,主要由氫所構成,表面並無硬的地殼,其表層大氣以氫、氦、氨為主,另有甲烷及其它氣體,大氣中飄浮著由稠密的氨晶體組成的雲,而在其內部則為液態氫分子,並向內逐漸壓縮成液態金屬氫,天文學家認為它們之間並沒有明顯的界限,而是逐漸變化,到了土星的最內層,可能才為由鐵鎳與岩石所構成的核心。由於土星高速自轉的關係,所以在其表面如同木星般也可發現許多和赤道平行的雲帶,只是不如木星那樣明顯,而雲頂表面的溫度經測量約為攝氏零下180度。

實際上,你要是自高倍望遠鏡中觀測土星,最令你感到驚異稱奇的,一定是土星外層所圍繞那獨一無二的光環系統。嚴格來說,這個光環應該是義大利的伽利略首先發現的,但因當時它所使用的望遠鏡口徑小、倍數低,光學效果又差,顯現不出光環真正的性質,故在其觀測記錄中,僅描述「土星的左右各長了一個耳

  

左:土星表面的氣流  右:土星環的假色照片(非其真正的顏色)顯現出其結構

朵」,而認為土星有兩個隨從的天體,到後來他甚至看不到這兩個耳朵而深感迷惑,以為踫到了鬼,不敢再看其一眼,實際上這是因為土星在公轉太陽運行的過程中,由於土星環極薄而其側面正好面對我們地球,所以才會消失不見。到了1659,大天文學家惠更斯利用一台光學品質較佳的高倍望遠鏡仔細觀察土星,在他的記錄上寫到:「土星的外圍有一環狀結構,此環與土星本體是分離的」,這是歷史上首次對光環所作正確的描述,因此我們現在都認為光環是惠更斯所發現的,而伽利略只是見到了土星的「耳朵」。

土星這個珍寶似的光環包括三個主要的同心環,最外層的A寬約一萬五千公里,中間最亮的B寬達二萬五千五百公里,再過來就是寬一萬七千五百公里較暗的C,該環非常稀薄,以致有時都可透過它看到土星的本體,在C環之內,還有更暗淡的D環。1675年,法國著名的天文學家卡西尼,在A環與B環之間,發現一寬僅4500公里的間隙,我們今天稱之為「卡西尼環縫」。一般言之,在氣流良好的條件下,一架口徑三吋的高倍望遠鏡就可清楚地見到土星的光環。

光環是如何形成的?相信大家對這個問題都很感興趣,一般認為這是行星強大的引力對附近小天體的「潮汐力」所造成的,我們可以試想,將一個衛星分成均等的兩半,這兩個半球由於重力而接合在一起,但是這兩個半球與行星之間,也會因重力而吸引,但要注意的是:較近行星的那個半球與行星間的重力較大,而距離行星較遠的那個半球與行星間的重力自然就較小了,因此行星就會產生將較近的半球拉離較遠半球的力量,這就是所謂的「潮汐力」。當衛星愈靠近行星,潮汐力則愈大,但兩個半球間接合的重力卻是固定不變的,所以當一顆衛星當運行到太靠近行星時,就會造成將衛星拉裂的潮汐力大過衛星接合的重力,衛星因此就會被分裂成碎片,這些碎片在原來衛星圍繞行星運行的軌道上逐漸擴散開來,最後就形成光環,但是行星的光環是一顆衛星因距離行星太近而被潮汐力扯碎,還是根本就因距離行星較近的物質顆粒無法聚集形成衛星而形成了光環,誰是誰非,目前天文學家對此仍無定論。

土星目前已知有三十個衛星,其中最大為直徑5150公里的泰坦衛星(如右圖),它擁有個厚達200公里,不透明的大氣層,大氣中約有90%為氮,這是除地球以外,唯一大氣成分以氮為主的星球,此外還有甲烷及一些碳氫化合物。有些科學家認為泰坦表面的環境,可能適合某種生命形式的生物。到了2004年,一艘稱為卡西尼號的太空船將會進入環繞土星運行的軌道,並由其上發射一探測器到達泰坦表面以進行偵測分析,屆時人類將會更加瞭解這個太陽系第六行星-土星及其衛星的奧秘。

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