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土星是太陽系八大行星之一,按離太陽由近到遠的次序排列為第六顆。土星是一個巨型氣體行星,是太陽系中僅次於木星的第二大行星。土星的英文名稱Saturn是以羅馬神的農神薩杜恩命名的。中國古代稱之為鎮星或填星。
土星那兩極扁平赤道突出的橢球體狀令人印象深刻;它的赤道直徑和兩極直徑之比相差大約10%(前者120,536公里,後者108,728公里)。這是由於土星高速自轉的結果。其他氣體行星也是扁平的,只是沒有這麼厲害。土星的平均密度是太陽系諸行星裡最小的,平均密度為0.69(少於水的密度)。這是因為土星有著氣體濃度高的大氣層,言而其核心的密度要比水大一些。
土星內部與木星的類似,中心有一個固態核,其上是液體氫,再上是一個分子態的氫層。土星的核心非常熱,核心溫度為12000K(11,700 °C),而且輻射出來的能量比它從太陽接受到的多。大部份能量是因為開爾文-亥姆霍茲原理(緩慢的重力壓縮)產生,但這還不能充份解釋土星的熱製造過程。額外的熱可能由另一過程產生:在土星內部下的氦雨點不斷與與較輕的氫相互摩擦而產生熱。
土星上層大氣與木星的相似,同樣有一些條紋,但土星的條紋比較暗淡,並且赤道附近的條紋丈都比較非常寬。土星的風速是太陽系最高的,航行者計劃的數據顯示土星的東風最高可達500 m/s (1116 mph)。直到航行者探測器飛近土星,比較纖細的條紋才被觀測到。由那時起,地面望遠鏡已經改善到能夠慣常觀察土星。
有時,土星「枯燥乏味」的大氣層會出現一些長壽的橢圓型斑點和其他常見於木星上的現象。在1990年,哈伯太空望遠鏡觀察到在土星赤道附近有一些白雲,而這是之前航行者探測器飛近期間沒有的。而在1994年,一些較小型的風暴被觀察到。期中1990年的現象就是被稱為「大白斑」的現象的一例。大白斑是土星特有的短期現象,大約以30年為一週期。在1876、1903、1933和1960年都有大白斑出現的報告。若這週期能持續下去,下一次的大白斑現象會在2020年出現。
[編輯] 土星環
土星因為它美麗的行星環而出名,它也是最早被發現光環的行星。土星環首先被伽利略在1610年7月用他自己的望遠鏡觀察到了,但因為望遠鏡成象不好,他並不能意識到這是一個環。他寫信給托斯卡納的大公說:
土星不是由一個而是由三個幾乎彼此在一起的而且從不移動也不改變的物質組成。他們排成一列與黃道帶平行,而且中央的那個物質(土星本身)是兩側的物質(實際上環狀邊緣)的約三倍大。
他也把土星說成是有「耳朵」的。但在1612年,由於光環平行對著地球在觀察者看起來似乎消失了,及後在 1613年光環又再次出現,這現象更進而困擾伽利略。
最終在1655年被克理士提安·惠更斯觀測到完整的土星環,他使用了一個比在伽利略時代能得到強大得多的望遠鏡。那時的一個神學家里奧·阿拉丟斯,說那光環可能是耶穌基督復活進入天堂的聖包皮。但土星環理論直到1665年才被天文學家所接受。
1675年喬凡尼·卡西尼發現土星環的最大一個環縫,卡西尼環縫。另外在其外還有一細小環縫稱恩克環縫,在1837年5月28日由恩克於柏林發現。之後通過天文臺大望遠鏡觀測和行星際探測器拍得的照片,證實土星環由很多之間縫隙很小的多個小環組成的,猶如唱片。近十年來,由於電腦的發展,天文愛好者亦能以較佳的設備拍得以前只能是天文臺大口徑望遠鏡才能拍攝到的恩克環縫。
現在以一具成象質量好的天文望遠鏡放大80倍以上就可清楚看見光環(光環由矽石、氧化鐵和冰這些小如塵埃大如汽車物質組成)。土星環的起源主要有以下二個理論:19世紀Edouard Roche認為光環曾是土星的一個衛星,後由於逐漸接近土星而被土星潮汐力所撕裂,亦有認為是被彗星撞擊土星衛星後形成光環;另一個理論認為光環從來就不是衛星形成,而是在土星形成初期的原始星雲留下。但這理論現今不是很多人接受,因為相對於晚近起源的學說認為數百萬年前的土星光環是不穩定的結構。