土星

土星（英文Saturn，拉丁文Saturnus），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类木行星。欧洲古代（古希腊）称土星为克洛诺斯星，古代中国亦称之镇星或填星。

土星主要由氢组成，还有少量的氦与微量元素，内部的核心包括岩石和冰，外围由数层金属氢和气体包裹着。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1800公里/时，明显的比木星上的风速快。土星的行星磁场强度介于地球和更强的木星之间。

土星有一个显著的行星环（可以通过望远镜直接观测），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总共有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2632km）。

基本参数

轨道长半径(百万公里)： 1427.0

公转的会合周期(日) ：378

轨道偏心率：0.056

轨道倾角(度)： 2.5

升交点黄经(度) ：113.3

近日点黄经(度) ：92.3

平均轨道速度(公里) ：9.64

赤道半径(公里)： 60330

扁率：0.102

质量(地球质量=1) ：95.18

赤道引力(地球=1)： 1.08

逃逸速度(公里/秒)： 35.6

黄赤交角(度) ：26.73

反照率：0.57

卫星数(已确认)： 62

自转周期：10小时36分。（10.6小时）

公转周期为：10759.5天（相当于29.5767个地球年）

视星等：-0.4~1.3 (视与地球距离和光环倾斜角度)

远日距：1,513,325,783千米（10.11 595 804 AU）

表面积：4.5715×10¹⁰千米²

平均日距：1,429,400,000千米（约9.54 AU）

质量：5.688×10²⁶千克（约95.18个地球）

表面重力加速度：12.5米/秒²

构造

内部构造

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。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。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。

云层

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 ℃。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 ℃，在这之上是80公里的氨冰云，温度大约是-153 ℃。接近顶部，在云层之上200-270千米是可以看见的云层顶端，由数层氢和氦构成的大气层。 土星的风速是太阳系中最高的，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）。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。

土星风暴

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 ℃，而该漩涡处的温度则高达-122 ℃。

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。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”。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。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）。

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，与行星的无线电波辐射周期一样，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。

从六角风暴辨土星一天的时长

土星北极点的上方存在着和木星表面的大红斑一样令人着迷的景象——因为一个特殊的急流而持续存在的六角形风暴。土星上一天的时间很短暂，2013，行星科学家认为，六角形风暴的循环能基本准确地反映出土星一天的时长：10小时39分23秒。与其他的气体巨星一样，土星缺少坚实的地表，因此科学家无法利用其地表测量它的自转周期。此外，土星表层大气在赤道附近的运动速度也比其在极点附近的运动速度快。

许多行星科学家利用磁场释放出的无线电推算天体的自转周期，因为科学家假设这些无线电是从星球的深层内部释放出来的，那里的自转周期更加稳定。然而，对于土星而言，这种推测方法遇到了阻碍：从土星南北半球释放出的无线电有15分钟左右的时间差。

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（20 µT），大约是木星磁场的20分之一，比地球的磁场微弱一点；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。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。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。

地貌环境

土星表面也有沿赤道伸展的条纹带，表面被云层覆盖。

的整个赤道带。

土星极地附近呈绿色，是整个表面最暗的区域。根据红外观测得知云顶温度为-170℃，比木星低50℃。土星表面的温度约为-140℃。

由于这颗行星表面温度较低而逃逸速度又大（35.6公里/秒），使土星保留着几十亿年前它形成时所拥有的全部氢和氦。因此，科学家认为，研究土星的成分就等于研究太阳系形成初期的原始成分，这对于了解太阳内部活动及其演化有很大帮助。一般认为土星的化学组成像木星，不过氢的含量较少。土星上甲烷含量比木星多，氨的含量则比木星少。

结构组成

包围着该岩石的核心成分类似地球，但密度稍微大一点。在它的外面有一个较厚的液态金属层其次是一层液体氢和氦，而在最外层是1000公里的大气。

现代认为，土星形成时，起先是土物质和冰物质吸积，继之是气体积聚因此土星有一个直径2万公里的岩石核心。这个核占土星质量的10%到20%，核外包围着5,000公里厚的冰壳，再外面是8,000公里厚的金属氢层金属氢之外是一个广延的分子氢层。

1969年，一架飞机在地球大气高层对土星的热辐射作了红外观测，发现土星和木星一样，它辐射出的能量是它从太阳接收到的能量的两倍。这表明土星和木星一样有内在能源。后来“先驱者”11号的红外探测证实了这一点，测得土星发出的能量是从太阳吸收到的2.5倍。

大气层

土星大气以氢、氦为主，并含有甲烷和其他气体，大气中飘浮着由稠密的氨晶体组成的云。从望远镜中看去这些云像木星的云一样形成相互平行的条纹，但不如木星云带那样鲜艳，只是比木星云带规则得多，土星云带以金黄色为主，其余是橘黄、淡黄等。土星的表面同木星一样，也是流体。它赤道附近的气流与自转方向相同速度可达每秒500米，比木星风力要大得多。

土星环

附属物。1659年，荷兰学者惠更斯证实这是离开本体的光环。1675年意大利天文学家卡西尼，发现土星光环中间有一条暗缝（后称卡西尼环缝），他还猜测光环是由无数小颗粒构成。两个多世纪后的分光观测证实了他的猜测，但在这二百年间，土星环通常被看做是一个或几个扁平的固体物质盘。直到1856年，英国物理学家麦克斯韦从理论上论证了土星环是无数个小卫星在土星赤道面上绕土星旋转的物质系统。

从土星环反射的雷达回波得知环的质点是直径介于4到30厘米之间的冰块。

美国航空航天局(NASA)的科学家于2009年10月8日发现土星周围存在一个“隐形”的巨大光环(如图)，这个光环可以容纳10亿个地球。NASA喷气推进实验室称，该光环平面与土星主光环面成27度倾角，该光环内侧距离土星约595万公里，宽度约1190万公里它的直径相当于300倍土星的直径。可容纳大约10亿个地球。光环由冰和尘埃微粒组成，它们之间的距离如此之大，即使你站在光环上也看不清楚，另外土星照射到的太阳光线很少，光环反射出的可见光更少，令它难以被发现组成光环的尘埃温度很低，仅有-193℃，但却散发出热辐射。NASA斯皮策太空望远镜正是捕捉到这些热辐射，才发现了这个巨大的光环。

土星卫星“菲比”的轨道穿越该光环。科学家们认为，光环内的冰和尘埃来自于菲比与彗星的碰撞。光环的发现可能有助于解释关于土星另一卫星土卫八的一个古老而神秘的问题。天文学家卡西尼1671年首次发现土卫八，称这个星球一面黑一面白，就像太极符号一样。新发现的光环旋转轨道与土卫八相反。科学家们推测，光环内的尘埃飞溅到土卫八表面上，形成了黑色区域。“长久以来，航天学者一直认为菲比与土卫八表面之上的黑色物质之间存在某种联系，新发现的光环为此提供了令人信服的证据。”新光环的发现者之一、马里兰大学专家道格拉斯·汉密尔顿说。

土星以平均每秒9.64公里的速度斜着身子绕太阳公转，其轨道半径约为14亿公里，公转速度较慢，绕太阳一周需29.5年，可是它的自转速度很快，赤道上的自转周期是10小时14分钟。

星体运动

公转

约为9.54天文距离单位（约14亿公里）轨道的偏心率为0.056，轨道面与黄道面交角为2°5′，绕太阳公转一周约29.5年，公转平均速度约为9.6公里/秒。

土星同太阳的距离在近日点时和在远日点时相差约1 .5亿公里。

土星也有四季，只是每一季的时间要长达7年多，因为离太阳遥远，夏季也是极其寒冷的。

自转

土星的自转很快，仅次于木星，其自转角速度随纬度而不同，在赤道上自转周期为10小时14分，在纬度60°处为10小时40分。由于快速自转，使得它的形状变扁，是太阳系行星中形状最扁的一个。

星体卫星

土星的光环由无数个小块物体组成，它们在土星赤道面上绕土星旋转。土星还是太阳系中卫星数目仅次于木星的一颗行星，周围有许多大大小小的卫星紧紧围绕着它旋转，就象一个小家族。近几年随着观测技术的不断提高大行星卫星的数量急剧攀升，至今已发现的土星卫星就已经超过了60颗。土星卫星的形态各种各样，五花八门使天文学家们对它们产生了极大的兴趣。最著名的“土卫六”上有大气，是太阳系已知的有大气卫星中的一员。

已经确认的土星的卫星有62颗，其中9个是1900年以前发现的。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土卫一到土卫十按距离土星由近到远排列为：土卫十、土卫一、土卫二、土卫三、土卫四、土卫五、土卫六、土卫七、土卫八、土卫九。土卫十离土星的距离只有159,500公里，仅为土星赤道半径的2.66倍，已接近洛希极限。这些卫星在土星赤道平面附近以近圆轨道绕土星转动。

土星有众多的卫星。精确的数量尚不能确定，所有在环上的大冰块理论上来说都是卫星，而且要区分出是环上的大颗粒还是小卫星是很困难的。到2009年，已经确认的卫星有62颗，其中52颗已经有了正式的名称；还有3颗可能是环上尘埃的聚集体而未能确认。许多卫星都非常的小：34颗的直径小于10 公里，另外13颗的直径小于50 公里，只有7颗有足够的质量能够以自身的重力达到流体静力平衡。

1980年，当旅行者号探测器飞过土星时，在原有的九颗卫星（土卫一、土卫二、土卫三、土卫四、土卫五、土卫六、土卫七、土卫八和土卫九）基础上，又发现了八颗新的卫星。但是很难说土星究竟有多少卫星。一些组成土星光环的较大的粒子实际上也许就是小卫星。土星在太阳系中拥有的卫星最多。跟木星卫星不一样，土星卫星不能简单地以成分和密度归类划分。"旅行者号"所发现的卫星显示出复杂多样的特征。

发现历史

18

9.655

?

133,583

Mark R. Showalter

1990

S/2005 S1

7

?

136,530

Cassini Spacecraft

2005

15

20x15

?

137,640

R. Terrile

1980

16

72.5x42.5x32.5

2.7e+17*

139,350

S. Collins & others

1980

17

57x42x31

2.2e+17*

141,700

S. Collins & others

1980

11

72x54x49

5.6e+17*

151,422

R. Walker

1980

10

98x96x75

2.01e+18*

151,472

Audouin Dollfus

1966

1

196+- 0.6

3.84E+19

185,520

William Herschel

1789

2

249.4 +- 0.2

8.65E+19

238,020

William Herschel

1789

3

529.9 +- 1.5

6.176E+20

294,660

Giovanni Domenico Cassini

1684

13

17x14x13

?

294,660

B. Smith & others

1980

14

17x11x11

?

294,660

B. Smith & others

1980

4

559. +- 5

1.0959E+21

377,400

Giovanni Domenico Cassini

1684

12

18x16x15

?

377,400

P. Laques & J. Lecacheus

1980

5

764. +- 4

2.3166E+21

527,040

Giovanni Domenico Cassini

1672

6

2575.5 +- 2

1.345426E+23

1,221,850

Christiaan Huygens

1655

7

205x130x110

1.77E+19

1,481,000

William Cranch Bond

1848

8

730

1.88E+21

3,561,300

Giovanni Domenico Cassini

1671

25

7

11,365,000

B. Gladman

2000

22

5

11,442,000

J.J. Kavelaars, B. Gladman

2000

9

115 x 110 x 105

4E+18

12,952,000

William Henry Pickering

1898

20

9.5

15,198,000

B. Gladman

2000

27

3.2

15,641,000

J.J. Kavelaars, B. Gladman

2000

26

13

16,394,000

M. Holman, T.B. Spahr

2000

28

4.3

17,604,000

J.J. Kavelaars, B. Gladman

2000

24

16

18,195,000

B. Gladman, J.J. Kavelaars

2000

21

6.5

18,239,000

J.J. Kavelaars, B. Gladman

2000

S/2003 S1

3.3

18,719,000

S.S. Sheppard

2003

25

2.8

18,722,000

B. Gladman, J.J. Kavelaars

2000

23

2.8

19,465,000

B. Gladman, J.J. Kavelaars

2000

30

2.8

20,219,000

B. Gladman, J.J. Kavelaars

2000

29

8

23,130,000

B. Gladman(2005)

土卫六

1655年3月25日，荷兰天文学家惠更斯在用自制的3.7米长折射望远镜观测土星时，无意中发现了一颗土星的卫星这颗卫星被命名为泰坦(或译：提坦)。它就是最受天文学家瞩目的土卫六，是被人类发现的第一颗土星卫星。

长期以来，土卫六一直被认为是太阳系卫星中体积最大、超过水星的卫星之王。旅行者号探测器的一次近距离测量，在35万千米处拍下5张高分辨率的照片。照片上土卫六展现出美丽的桔红色的星体，像一个熟透了的桔子。更重要的是收到的数据资料，改写了土卫六原来5800千米的直径，实际直径应为5150千米，迫不得已地把“卫星之王”的桂冠转让给了木星的卫星木卫三，屈居第二。这并没有影响它的地位，科学家们一直对土卫六很感兴趣，原因在于它是卫星中唯一有大气存在的天体。大气的主要成分是氮，约占98%，甲烷占1%，其余的碳氢化合物在大气中所占比例非常小，大气层厚度约为2700千米。土卫六的表面温度很低，在-190℃～-210℃之间，使之形成了美丽的液氮海洋。

虽然我们看不到土卫六的表面，但旅行者号探测器为我们提供的资料显示：土卫六是太阳系中的又一个奇异世界，黑暗寒冷的表面，液氮的海洋，暗红的天空，偶尔洒下几点夹杂着碳氢化合物的氮雨等。这些是人类了解生命起源和各种化学反应的理想之处。

从惠更斯发现土卫六以来，至今已有300多年的历史，土卫六仍是一个待解之谜。要想对土卫六有更深刻的认识，还需要人类不断地进行探索。

天文学家们为什么特别看重土卫六呢？因为土卫六“天资”出众，所以受到天文学家们的青睐和器重。土卫六与众不同的“天资”表现在如下方面：

首先，土卫六的直径约为5150公里，在卫星世界中居第二位，比冥王星大许多，跟水星的个头儿差不多。它的质量是月球质量的1.8倍，平均密度为每立方厘米1.9克，约为地球密度的1/3，引力则为地球的14%。

土卫六与土星的平均距离为122万公里，沿着近乎正圆形的轨道绕土星运动。它像月球一样，总以同一面向着自己的行星——土星。也就是说，如果在土星上看土卫六的话，永远只能看到土卫六的同一个半面。它的轨道基本上在土星赤道面内。你可以想一想，土卫六这么大的天体，沿着大约122万公里的半径，居然运动在近乎正圆的轨道上，这真是有点难以想象的事。如果让我们专门画这样一个圆，恐怕也是不容易办到的。足见天体演化中的自然奇观。

第二，1944年，美籍荷兰天文学家柯伊伯对土卫六进行了系统的分光观测研究，发现土卫六上有甲烷气体，从而确认土卫六上有浓密的大气层。至今土卫六仍是太阳系内已知的100多颗卫星中唯一有大气的卫星，这怎能不受到天文学家们的特别偏爱呢？

度、大气成分、水和冰的含量、自转和公转等天体特征和天体环境与地球进行比较，目的是想从中获取有关早期生命物质演化的蛛丝马迹。

其他天体上有没有生命的繁衍？这个问题一直萦绕在天文学家们的脑际。土卫六的发现者惠更斯在《天体奇观，关于其他行星上的居民、植物及其世界的猜想》一书中写道：如果我们认为这些天体上除了无边无际的荒凉之外，一无所有……

甚至进一步认为那里根本不可能存在高级生物，那么我们无异就贬低了它们，而这是非常不合情理的。诚然，判断哪个天体上有没有生命，这是一个十分严肃的科学问题。从现代的科技水平来看，恐怕过于乐观是不现实的，然而过于悲观也是没有根据的，实践是检验真理的唯一标准。至于土卫六上的生命信息，至今仍是个不容乐观的谜，但是一定会在不断探测的实践中得到解决。

从地球上看去，土卫六是一颗8.4等星。凭眼睛直接看是绝对看不到的。用较好的天文望远镜观测它，也只能看到一个小小的红点似的盘状体。为什么是这个颜色呢？有人认为这可能是因为土卫六上存在着复杂的有机分子。当然，完全依靠地面观测是解决不了这类问题的，只能是“纸上谈兵”。

随着宇航事业的飞速发展，行星际探测器取得了空前的成果。截止2013年，亲自探测过土卫六的行星际飞船共有三个。它们是美国发射的“先驱者11号”和“旅行者1号”，以及欧洲的“惠更斯号”。

1979年9月1日，“先驱者11号”飞掠土星，考察了土卫六。不过，当“先驱者11号”考察土卫六时，正赶上一阵强烈的太阳风，严重地影响了发回的信息。地面控制中心只收到它在35万公里处拍下的5张高分辨率的照片。在照片上，土卫六呈现美丽的桔红色，像熟透了的桔子。“旅行者1号”于1980年11月11日飞临土卫六，探测取得完满的成功。就是这次，测得土卫六的直径为4828公里，而不是过去认为的5550公里。

“旅行者1号”对土卫六的考察结果表明，土卫六确有浓厚的大气层，约有2700公里厚，比地球大气密度还高。大气的主要成分是氮气，占98%，甲烷占 1%，还有少量的乙烷和氢等。金星、地球和火星的大气中也都有氮气，但是都没有土卫六这么多得惊人。

“旅行者1号”还发现土卫六大气呈雾状。浓密的雾层使阳光不能照到土卫六的表面，影响了“旅行者1号”对土卫六表面的观测。同时，也有的科学家根据“旅行者1号”的观测资料，认为土卫六大气中充满甲烷。

说到这里，你有没有想到：为什么在卫星中只有土卫六有如此丰富的大气层呢？这一直是行星物理学家们在思索的问题。有人认为，这可能是土卫六表面温度高到足以维持相当数量的甲烷和氨气，以保持与其表面的冰相平衡。也可能是土卫六上的冰含有甲烷和氨，在土卫六的温度下容易形成大气。第三种可能是土卫六大气不会像受木星强磁场那样，使大气跑掉。第四种可能是土卫六的质量大，能经受内部的分化，分化出的冰向表面集中，它的引力足以使大部分的气体不至跑掉。

迄今只有先驱者11号、旅行者1号和2号以及卡西尼-惠更斯号四个探测器飞临土星进行过探测土星的活动。1979年9月1日，先驱者11号经过6年半的太空旅程，成为第一个造访土星的探测器。它在距离土星云顶20200千米的上空飞越，对土星进行了10天的探测，发回第一批土星照片。先驱者11号不仅发现了两条新的土星光环和土星的第11颗卫星，而且证实土星的磁场比地球磁场强600倍。9月2日第二次穿过土星环平面，并利用土星的引力作用拐向土卫六，从而探测了这颗可能孕育有生命的星球。

1980年11月12日，旅行者1号从距离土星12600千米的地方飞过，一共发回1万余幅彩色照片。这次探测不仅证实了土卫十、十一、十二的存在，而且又发现了3颗新的土星小卫星。当它距离土卫六不到5000千米的地方飞过时，首次探测分析了这颗土星的最大卫星的大气，发现土卫六的大气中既没有充足的水蒸气，其表面也没有足够数量的液态水。

长8000千米，宽6000千米，可能是由于土星大气中上升气流重新落入云层时引起扰动和旋转而形成的。土星光环中不时也有闪电穿过，其威力超过地球上闪电的几万倍乃至几十万倍。它再次证实，土星环有7条。土星环是由直径为几厘米到几米的粒子和砾石组成，内环的粒子较小，外环的粒子较大，因粒子密度不同使光环呈现不同颜色。每一条环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，在高分辨率的照片中，可以见到F环有5条小环相互缠绕在一起。土星环的整体形状类似一个巨大的密纹唱片，从土星的云顶一直延伸到32万千米远的地方。旅行者2号发现了土星的13颗新卫星，使土星的卫星增至23颗。它考察了其中的9颗卫星，发现土卫三表面有一座大的环形山，直径为400千米，底部向上隆起而呈圆顶状，还有一条巨大的裂缝，环绕这颗卫星几乎达3/4周；土卫八的一个半球为暗黑，另一个半球则十分明亮；土卫九的自转周期只有9~10小时，与它的公转周期550天相去甚远；土卫六的实际直径为4828千米，而不是原来认为的5800千米，是太阳系行星中的第二大卫星，它有黑暗寒冷的表面、液氮的海洋、暗红的天空，偶尔洒下几点夹杂着碳氢化合物的氮雨等，这是人类了解生命起源和各种化学反应的理想之处。

为了进一步探测土星和揭开土卫六的生命之谜，美国与欧空局联合研制了价值连城的卡西尼号土星探测器。1997年10月15日这个探测器发射升空，开始为期7年的漫长旅途。它预计2004年飞临附近空间，开展长达4年的环土星就近探测，并首次实现在土星的最大卫星土卫六上着陆，进行实地考察。卡西尼号直径约2.7米，总重达6吨，由轨道探测器和着陆器组成。其轨道探测器取名卡西尼号，装有12种探测仪器；着陆器取名惠更斯号，装有6台科学仪器。为了加快奔向土星的飞行速度，卡西尼号于1998年4月飞掠金星，获得第一次加速。随后它绕太阳公转一周，于1999年6月再次飞掠金星，获得第二次加速。同年8月，它在地球附近飞过，获得第三次加速。之后，卡西尼号探测器将于2000年12月飞掠木星，得到最后一次加速。它定于2004年7月飞抵目的地与土星会合，进入环绕土星运行的轨道。同年11月，惠更斯号着陆器将脱离卡西尼号探测器飞向土卫六，穿过其云层，在土卫六上软着陆，然后将探测到的数据通过环土飞行的卡西尼号轨道器传回地球。卡西尼号进入环土星轨道后的任务是：环土星飞行74圈，就地考察土星大气、大气环流动态，并多次飞临土星的多颗卫星，其中飞掠土卫六近旁45次，用雷达透过其云气层绘制土卫六表面结构图，预计可发回近距离探测土星、土星环和土卫家族的图像50万帧。惠更斯号将成为第一个在一颗大行星的卫星上着陆的探测器。它将在2.5小时的降落过程中，用所带仪器分析土卫六的大气成分，测量风速和探测大气层内的悬浮粒子，并在着陆后维持工作状态1小时，揭示土卫六上是否有水冰冻结的海洋和是否存在某种形态的生命。它所收集到的数据和拍摄的图像通过卡西尼号探测器传回地球

这颗令人神往的土卫六表面是什么样子呢？应该说至今还没有直观的资料。科学家们做过多种可能的推测，科学幻想小说家们对土卫六的描述，更是笔下生辉。然而，一切都必须尊重科学。

根据土卫六大气中那么多氮气，同时土卫六表面温度又比地球低得多，约在-201～-190℃之间，以及土卫六的体积和质量等，有的科学家推测它的内部物理状况及表面特征，并首先寻找土卫六上的岩石和冰的比例关系。有人估算土卫六上的岩石物质约占它总质量的55%，其余为冰；土卫六表面是寒冷的液态海洋，海洋中70%是乙烷，25%是甲烷，5%是熔解氮，整个液态海洋约有1公里厚，包围着土卫六。1989年6月4～5日，从地球上向土卫六进行了雷达探测，结果表明土卫六上也可能有陆区。

“旅行者1号”还发现土卫六的南北两半球的明暗有差异：南半球明亮，北半球暗淡。这是什么原因造成的呢？可能是土卫六上南北不同季节引起的。“旅行者1号”拜访时，土卫六北半球正好是春季的开始。不过，也有人认为这可能是土星磁层对土卫六的影响。总之，这还解释不清楚。土卫六大气吸光能力很强，可吸收落在它上面的阳光约80%。这些热量大部分被大气中的雾粒和甲烷气体吸收，也许只有5%～10%的阳光能到达土卫六的表面。

从惠更斯发现土卫六起，300多年来，关于土卫六的不解之谜似乎越来越多。其实这是不奇怪的，这表明我们的认识越来越深刻。伟大的波兰天文学家哥白尼有一句名言：“人的天职是勇于探索。”

其他卫星

土卫四和土卫五的某些地域非常坑坑洼洼，另一些地方则平坦得多。表面的白色条状表明在这两颗卫星上曾经有水冒出。土星众多卫星中，最令我们感兴趣的是土卫六--太阳系中最大的卫星之一。"旅行者号"的科学家惊奇地发现，它有一层厚厚的~大气层~--密度比地球大气层高百分之六十。土卫六非常寒冷，表面温度约为零下150℃。在这样的温度条件下，甲烷以气态、液态、固态三种状态同时存在。行星学家克拉克·查普曼这样说道："土卫六上的甲烷可能会象地球上0℃的水。""穿过北极的淤泥地带，可隐约见到土卫六的表面景观……由甲烷和氨冰块组成的岩石大多数被埋在一种粘性的油层之下。长时期内来自柏油烟雾的微小尘埃粒子不断聚集……土卫六浓稠的液态甲烷与海洋被甲烷冰雾令人窒息的雾霭所遮挡。" 极小的土卫一有一个创痕，那是太阳系中最明显的创痕之一。一个巨大的~陨石坑~显示出它曾受过一次几乎将其一分为二的重创。重创之下的这个巨大陨石坑直径约为整个星球的三分之一。它的表面是如此的坑坑洼洼，使得冰层被切成了片片碎块。在它的表面上行走，宛如走在一个巨大的雪锥之上。

有一个断层系统以及从未受过陨石冲击的大区域。陆潮受热可能在重建表面的过程中发挥了重大作用。这种活动似乎就发生在这个世纪，这也可以用来解释它的表面为何光彩夺目。土卫二几乎反射所有的光线，其冰冻的表面可能会被来自内部的水不断覆盖。卡西尼号探测器在探测时发现其南极有冲天的冰喷泉，为E环主要物质来源，且喷气推进实验室认为，土卫二很可能存在生命。

土卫八一侧很亮，另一侧很暗。亮的那侧能将大约一半照射到的光反射出去，而另一侧几乎一片黑暗。黑色物质里可能包含着有机碳--生命必需的组成成分之一。

土卫七看上去象是较大物体的一个碎块。它不规则的形状和极度坑坑洼洼的表面使它看似一个稍大的小行星。这颗卫星的碎片可能已进入了土星光环。

土卫三也是从明显的宇宙暴力之中幸存下来的。一条巨大的沟壑从卫星的一端伸展到另一端。这个长狭谷看起来是由内部力量而引起的。它内部凝固和膨胀的压力使其表面产生裂缝。科学家们无法解释一个至少百分之八十由水冰组成的卫星是如何经受住这样的地质活动的。

“旅行者号”探测器的探索结果使人们深信那曾经支配了土星早期历史的猛力作用。土星卫星看起来象是无尽爆炸袭击的幸存者。它们明亮的冰封表面受到了无数陨石的创伤。但是这些卫星中有一个与早期的地球非常相似。也许某一天，有着浓厚大气层的土卫六能够进化出顽强的生命。

在宇宙飞船探测土星之前，人们知道土星有10颗卫星。1977年发现了土卫十一，1979年“先驱者1号”飞临土星时，探测到了第十二颗卫星。为了纪念它的功绩，起名为“先驱者号”。“旅行者1号”飞船于1980年10月26日和11月10日在近距离考察土星时，又发现了5颗卫星。1981年8月25日“旅行者2号”在距土星云层之上101000公里处掠过，考察了土星及其光环和9个卫星。这次飞掠土星时，又发现了6颗卫星。

现已确认的土星卫星共23颗。距土星最近的是土卫十五，它与土星的距离为13.7万公里，仅为卫星到土星中心的2.29个土星半径，公转周期为0.601天，其半径只有15公里；最远的是土星九，平均距离约1293万公里，它距土星中心为216个土星半径。土卫八的轨道面与土星赤道面的交角为7°52′，属于不规则卫星。土卫九的轨道面与上星赤道面的交角为175°，逆行，轨道偏心率达0.163，也属于不规则卫星。其余的卫星均为规则卫星。有趣的是，土卫四和土卫十二、土卫十和土卫十一都是两两同一条轨道上；而土卫三、土卫十六和土卫十七则是三星同居一轨道。从飞船发回的资料看，没有发现这些卫星上有火山活动的痕迹。

观测历史

地面

当冲日时是观测土星最好时候，因为土星冲日时，土星最亮（约0等）之余视直径（角直径）也最大而且冲日前后整夜可见。

通过三吋口径（物镜直径）或以上的望远镜，以目镜放大80倍以上便能透过它清楚看见土星及土星环，在大气稳定时（放大100倍以上）还能看到卡西尼环缝。2007年2月11日，土星冲日，亮度-0.2等，那时土星在狮子座视直径20.27"。

说到太阳系里的八大行星，大多数人的脑海里，第一个浮现的行星或许就是土星了。无可否认，土星是八大行星里唯一有明显光环的行星，使用一般的天文望远镜就能轻易看见了，其他行星的光环，犹如小巫见大巫，相比土星光环那样不起眼。

2013年4月下旬，是观测土星的最好时机，因这时土星正值冲日前后。冲日此一现象，是指当我们垂直于太阳系轨道面观望太阳系时，太阳、地球及土星排成一条直线，从地球看上去，土星正好与太阳的方向对立，土星的亮度达到全年最亮，其视角大小也是一年里最大的。而2013年，土星冲日落于4月28日，当太阳西下时，土星就会从东方地平线升起，整晚可见。

虽然说土星冲日只有一天，但观测土星无须真的等到冲日之时，在一年里，基本上我们只有约3个月的时间观测不到土星而已，不过，说到较容易观测的时间，就是在冲日前后一个月，因为这时土星几乎整晚可见；在接下来的5月至8月份，我们依然可以看见土星。

熟悉星座的读者们，2013年的土星出没于处女座与天秤座之间，离开处女座的主星———角宿(Spica)不远，找到角宿一，应该就不难找到土星了。2013年4月26日，土星正好在月亮及角宿一之间，月亮在土星的东边，而角宿一则在西边，是很好的指引。

土星最吸引人的地方，莫过于那漂亮的光环，犹如天使头上的光环那样，耀眼夺目。有天文望远镜的读者们，无论你的望远镜大或小，依然可见其光环。如果天气好的话，不妨把望远镜拿出来观测下土星，2013年的土星环倾斜角度，个人觉得是恰到好处的，整个土星看起来就很漂亮(个人喜好而已)。在接下来的4年里，土星环的倾斜角度会继续增加，直到2017年，土星环增开角度最大，届时土星的整体亮度也会增加。

当我们对土星环作长期观测记录后，我们会发现土星环的呈现形式每年都在改变，从增开最大，然后变成一条直线，然后又再次的增开……当土星环缩扁成一条直线时，土星环就像消失了那样。由此，我们可以想象，土星环是多么的薄薄一片环啊。

土星公转太阳一周需时29.5年，若要集合土星环一周完整的变化，我们就需要对之作长达30年的观测，但其实如果只是要收集土星环从最大增开到扁平一线，我们只需要花7.5年的时间而已。

古代

在史前时代就已经知道土星的存在，在古代，它是除了地球之外已知的五颗行星中最远的一颗，并且有与其特性相符的各式各样的神话。在古罗马神话中它是农神，从这颗行星所采用的名字，它是农业和收获的神祇。罗马人认为他与希腊神克洛诺斯，希腊人认为最外层的行星是神圣的克洛诺斯，而罗马人也承袭这个传统。

在印度占星学，有9个占星用的天体，像是著名的纳瓦格拉哈历（Navagraha，梵文： नवग्रह），土星是其中之一称为“Sani”或“Shani”， 法官在众行星之中，由大家共同评判各自的行为是好或是坏。古代的中国和日本文化依据中国的五行之说选定这颗行星是土星，是在传统上用于自然分类的元素之一。在古希伯来语，土星称为“Shabbathai”，它的天使是卡西尔（Cassiel），意思是智慧之神或有益于身心的；是Agiel（精灵），它更为黑暗的一面就是恶魔（lzaz）。在奥图曼土耳其使用的乌尔都语和马来语，它的名称是“Zuhal”，是从阿拉伯文 زحل转化过来的，

使用口径1.5厘米的望远镜就能看见土星环，但直到1610年伽利略用望远镜看了才知道它的存在。他虽然起初认为是在土星两侧的卫星，直到克里斯蒂安·惠更斯使用倍数更高的望远镜才看清楚并认为是环。惠更斯也发现了土星的卫星土卫六。不久之后，卡西尼发现了另外4颗卫星：土卫八、土卫五、土卫三和土卫四。在1675年，卡西尼也发现了著名的卡西尼缝。

之后一段时间都没有进一步的有意义发现，直到1789年威廉·赫歇尔才再发现两颗卫星：土卫一和土卫二。形状不规则的土卫七和土卫六有着共振，是在1848年被英国发现的。

在1899年，威廉·亨利·皮克林发现土卫九，一颗极度不规则卫星，它没有如同更大卫星般的同步转动。菲比是第一颗被发现的这种卫星，它以周期超过一年的逆行轨道绕着土星公转在20世纪初期，对土卫六的研究在1944年确认他有浓厚的大气层 - 这是在太阳系的卫星中很独特的特征，

现代

先驱者号

为了探测太阳系外围空间的物理情况，1973年4月“先驱者11号”上天，1979年9月1日飞临土星，成为第一个就近探测土星的人造天体。

“先驱者”11号发现土星有一个由电离氢构成的广延电离层，其高层温度约为977℃。观测结果表明，土星极区有极光。

“先驱者11号”飞船于1979年8月、9月在距土星128万公里处发现，土星磁场十分特殊，磁场图很像一条大鲸鱼，其头部圆钝，两边伸出扁形翅，还有粗壮的尾巴。土星磁场的磁轴与其自转轴吻合，磁心偏离土星核心22.5公里。磁场范围比地球的磁场范围大上千倍，但比木星磁场小，也没有木星磁场复杂。

旅行者号

“旅行者”1号、2号在考察完木星后，继续驶向土星，对土星进行考察。完成考察土星的任务后，“旅行者2号”又继续飞向天王星和海王星，对它们进行考察。这些“一身多任”的宇宙飞船，为我们带来了土星的新消息。

美国国立光学天文台的科学家们在研究“旅行者”2号发回的土星照片时，发现了一个奇怪的现象：在土星的北极上空有个六角形的云团。这个云团以北极点为中心，并按照土星自转的速度旋转。土星北极的六角形云团并不是“旅行者”2 号直接拍到，因为“旅行者”2 号并没有直接飞越土星北极上空。但它在土星周围绕行时，从各个角度拍下了土星照片。天文学家们把那些照片合成以后，才看清了土星北极上空的全貌，也才发现了那个六角形云团。土星北极上空六角形云团的出现，促使科学家们不得不重新认识土星，NASA推测其成因与土星的气候有关。

卡西尼号

卡西尼号(Cassini)是卡西尼—惠更斯号的一个组成部分。卡西尼—惠更斯号是美国国家航空航天局、欧洲航天局和意大利航天局的一个合作项目，主要任务是对土星系进行空间探测。卡西尼号探测器以意大利出生的法国天文学家卡西尼的名字命名，其任务是环绕土星飞行，对土星及其大气、光环、卫星和磁场进行深入考察，

“卡西尼号”太空探测器在经过6年8个月、35亿千米的漫长太空旅行之后，已于北京时间2004年7月1日12时12分按计划顺利进入环绕土星转动的轨道，开始对土星大气、光环和卫星进行历时4年的科学考察

“卡西尼号”在环绕土星运行的4年中，将近距离地纵览土星全貌，对土星和它众多的卫星进行全面考察。

“卡西尼号”从2004年1月起，就开始拍摄土星家族全面、完整的照片和电影。“卡西尼号”携带的照相机，比哈勃太空望远镜上的同类照相机性能更好。

在临近入轨之前，2004年6月11日，它对土卫九进行了探测，拍摄了这颗卫星极其清晰的照片。土卫九是土星距离最远的一颗卫星，半径110千米，科学家猜想它是被土星俘获的一颗小行星。“卡西尼号”在离开它2000千米处经过对它的质量和密度进行了测量，

2005年2月17日，“卡西尼号”将在离开土卫二1179千米处经过，而同年3月9日，距离更近到499千米。土卫二半径250千米表面非常明亮，几乎能反射百分之百的阳光。科学家怀疑它的表面是光滑的冰层，“卡西尼号”将探测它的磁场以判断它的表层下面是否有含盐分的水存在。

2005年4～9月，“卡西尼号”的轨道将从土星赤道面改变到与这一平面成22度夹角，居高临下对土星光环和大气进行测量，进一步探测光环结构、组成光环的物质粒子和土星大气物理特性。

2005年9～11月，“卡西尼号”将逐个接近土卫四、土卫五、土卫七和土卫三，分别对它们进行观测。土卫四半径560千米土卫五半径870千米，它们的外表很像我们的月亮，密布环形山。土卫七位于土卫六与土卫八之间形状不规则最长处直径175千米，很像一颗小行星。土卫三半径530千米，密度和水一样，很可能是一个冰球

2006年7月到2007年7月，“卡西尼号”将系统地监视和拍摄土星、土星光环、土星磁层的图像。2007年7～9月它将再次拍摄土星及其家族的电影，并在9月10日到离开土卫八约1000千米处对土卫八进行观测。土卫八半径为720千米其表面一面颜色很暗，另一面却接近白色，很为奇特。

2017年9月15日，已经在太空工作 20 年的卡西尼号探测器在受控情况下，于土星大气层中坠毁。

2040年，继向火星上发送探测器后，美国航空航天局计划将潜水艇送往土星卫星。宇航局计划使用有翼航天飞船。在以特超音速，成功进入卫星大气层后，释放潜水艇，使其坠落到海洋底部。

两极双极光现象

土星环绕太阳旋转一周为30年，在公转一次中仅出现两次土星双极光现象。哈勃望远镜拍摄的这张图像显示土星每个极地同时出现闪亮的极光。这一现象是由于“太阳风”形成的，太阳风是太阳喷射的亚原子带电粒子流，与土星大气层的分子发生交互作用。

强烈一些。这暗示着土星的磁场分布并不均匀，由于北极磁场更强一些，当太阳粒子穿过北极大气层时被加速形成能量较高的粒子流。

英国莱切斯特大学的乔纳森-尼科尔斯（Jonathan Nichols）博士是哈勃研究小组成员之一，他说：“哈勃望远镜已被证实是人类最重要的航天科学工具之一，这也是英国研究小组首次领导的哈勃观测项目，并观测到另一颗行星上的极光现象。”

据悉，在此之前哈勃望远镜未拍摄到这样壮观的图像，尼科尔斯博士说：“这张图片让我们非常兴，它对于航天科学研究具有独特的作用，目前所拍摄的这张图像具有特殊的优势这是由于哈勃望远镜靠近土星赤道平面”。

义。通过这项研究我们将进一步掌握土星的磁场特性和与地球不一样的产生极光过程。

莱斯特大学的科学家公布了由哈勃紫外巡天相机拍摄的土星北极光景象，这些影像拍摄于2013年4月-5月间

经过进一步的研究，科学家发现土星的极光形成原理与地球类似，都是太阳风所携带的物质穿越大气电子层所发。对此，莱斯特大学天文物理学教授Jonathan Nichols表示，土星上时隐时现、来回跳跃的极光就像是一场绚丽的灯光秀。值得一提的是，美国的卡西尼号探测器也从不同的角度捕捉到了类似的极光事件。

风暴之谜

一直以来天文学家都为土星北极神秘的六面风暴感到困惑不已，利用红外波长拍摄的图片显示了红色、橙色和绿色的伪色调。美国宇航局的卡西尼号宇宙飞船拍摄到了北极六边形风暴的真实、令人惊叹的颜色，这一宇宙飞船已经环绕土星运行了9年多。

这一六边形风暴大约25000千米宽——足够大到容下4个地球。图中的彩色复合图片是利用卡西尼号宇宙飞船从610373千米远处拍摄的原始图片创造而来的。它显示了六边形奇特的几何结构以及土星北半球阴影令人惊叹的变化。

这个六边形是由土星的上层大气风产生的。形状中央可以看到极地涡旋。早在30多年前旅行者1号和旅行者2号首次观测到这个六边形，科学家们认为它是适应土星的旋转产生的。卡西尼号宇宙飞船为科学家们提供了六边形内巨大风暴旋转的首个可见光下的特写镜头视图。

暴风外边缘稀薄明亮的云大约以150米每秒的速度前行。“当我们看到这个漩涡后才恍然大悟，因为它看起来非常类似地球上的飓风，” 卡西尼号成像研究小组成员、美国加州帕萨迪纳市加州理工学院的安德鲁·英格索尔（Andrew Ingersoll）这样说道。“但它是在土星上，且范围更大，此外它某种程度上依赖于土星氢气大气层里的少数水蒸气。”

科学家目前正在研究这个飓风以获得有关地球上的飓风的新见解，后者依赖于温暖的海水。尽管土星大气层高处的云层附近并没有水体，但了解这些土星风暴是如何利用水蒸气的将为科学家们提供更多有关地球飓风是如何产生和维持的信息。

地球上的飓风和土星北极的涡旋都拥有一个无云或少云的中央眼。其它类似的特征包括高层云形成风眼墙，其它高层云环绕风眼旋转，以及在北半球是逆时针旋转的。这两种飓风之间的一个重大差别在于土星上的飓风比地球上的更大，且旋转速度惊人的快。在土星上，风眼墙的风吹的速度比地球上飓风吹动的速度要快4倍。

对地球影响

据国外媒体报道，地球距离木星5.88亿公里，距离土星13亿公里。但是这些太阳系中的“大伙伴”会对地球产生较大的影响，甚至无法孕育生命。它们的运行轨道使地球处于一个椭圆轨道中运行，并且与太阳保持适当距离，适宜生命繁衍。

如果土星轨道向太阳方向移动10%所形成的牵引力会导致地球轨道延伸数千万公里。这项研究结果是奥地利维也纳大学科学家埃尔克-皮拉-洛赫格(Elke Pilat-Lohinger)负责的，他设计一个计算机模型，用于理解木星和土星如何影响其它行星轨道的外型。

这个简单的计算机模型并不包括其它太阳系内部行星，洛赫格教授发现伴随着土星轨道倾斜度越大，会使地球轨道更加延伸。这项研究报告发表在近期出版的《新科学家杂志》上。

木星的引力比地球强2.5倍，能够牵引太阳系内其它行星。当火星和金星添加到这个计算机模型中时，所有三颗行星的轨道趋于稳定，但是土星轨道倾斜仍对地球产生较大影响。

这项计算机模型显示，土星轨道倾斜20度将使地球轨道比金星轨道更接近太阳，同时，这将导致火星完全离开太阳系。

今年初澳大利亚新南威尔士大学和英国皇家霍洛威大学完成了一项类似的研究，对太阳系进行各种计算机模拟测试。

基于每次数据反复测试，当木星运行不同的轨道，从圆形至椭圆轨道，太阳系内行星轨道并未变化。同时，科学家朝里和朝外移动整个木星轨道来测试将发生怎样的变化，行星是更接近太阳，还是远离太阳。

三星一线