土星 拥有许多 卫星 ,至目前为止所发现的卫星数已经有30个。其中被命名的 卫星 中,11个是直径在300千米以下的 小卫星 ,6个是直径在400~1500千米之间的中型卫星,还有一颗直径为5150千米的 大卫星 土卫六 泰坦 。在土星的卫星当中,最内侧的6个都是小卫星,它们可能原本是大颗冰 天体 的碎片,与土星之间彼此有着密切的关系。
简介
太阳系 中最庞大的卫星系统。最外的 土卫九 是逆行卫星;从 土卫十 到土卫七有8颗属规则卫星。最大的 土卫六 仅次于 木卫三 ,是最早发现有大气的 卫星 ,其大气密度为 地球 大气的5倍,主要成分是氮和 甲烷 ,其表面是粘稠状的碳氢化合物,一度是人们寻找地外生命的希望,但空间探测已予以否定。土卫系统中还有几颗卫星同轨的奇特现象,如 土卫十三 、十四就分别在 土卫三 前后各60度处,构成了两个 正三角形 ;而土卫十、十一有时会靠得很近,还有几颗卫星位于环内,这也是造成土星光环结构复杂 多变的原因之一。
土星 环 及其 卫星 . 欧洲航天局 图片拥有美丽的 行星环 的土星有着数量众多的卫星,它们中的34个已经有了名字;它们的精确数据并不清楚,因为有如此多的物体在如此宽广的 土星 轨道里围绕着它做运行。最近,2000年下半年做的一次观察发现了另外12颗有着奇异轨道的 卫星 ,这说明它们原先是一个大 天体 的碎片,后来才被土星的 引力场 捕获。
被认为在1905年发现存在的卫星Themis,实际上并不存在。
土星卫星中最值得注目是 土卫六 ,它是 太阳系 中唯一拥有稠密大气层的卫星。
2004年12月25日 圣诞节 , 卡西尼号 释放出 惠更斯号 ,后者开始历时三周独自前往土卫六之旅。 卡西尼 —惠更斯号 探测器 是在2004年7月1日进入环绕 土星 分轨道的。卡西尼—惠更斯号任务同时也增加了发现 卫星 的数量。
卫星数量
土星卫星已确认的最少有10颗。按与土星距离由近及远排列为: 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 。据报道1979年9月1日行星际探测器“先驱者”11号又发现一颗新卫星,暂取名“先驱岩”(Pioneerrock)或1979S1,但尚未确认。其中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 。土卫八的轨道面与 土星 赤道面的交角为14°7,而其轨道面与土星的 公转 轨道面的交角为16°3,是不规则卫星;土卫九在一个偏心率达0.1633的 椭圆轨道 上绕土星公转,其轨道面与土星赤道面的交角约为150°,也是不规则 卫星 。除 土卫八 和 土卫九 外, 土卫一 至 土卫七 以及 土卫十 都是规则卫星,在土星赤道平面附近以近圆轨道绕土星转动。在土卫一至土卫十这10颗土星卫星中,土卫九是唯一的逆行卫星,因为它的轨道面与土星的公转轨道面的交角为174°42┡,它绕土星的转动方向和土星绕 太阳 的转动方向相反。
在土卫系统中值得特别提出的是 土卫六 、土卫一和土卫八。土卫六又名提坦(Titan)。它的半径达2575公里左右,是 太阳系 中居第二大的 卫星 ,仅次于木卫三盖尼米得,比最靠近太阳的 行星 ── 水星 还大。它每隔16天左右绕土星运行一周。由于它质量大和离太阳远,按逃逸速度推算,它可能存在着大气。1944年, 杰拉德·柯伊伯 果然在土卫六光谱中发现了 甲烷 谱线 ,从而得知它确有大气。它的大气的主要成分是甲烷[wán]和氢, 大气压 是1.5个 地球 大气压左右。土卫六表面可能是冰,温度约125K。1979年 9月,“先驱者”11号离开这颗卫星 356,000公里处拍摄了它的照片。 土卫六 呈现 橙色 。这颗卫星的大气中的云层是由甲烷、 乙烷 、 乙炔 (还可能有氮)等组成的;这些成分在 太阳 紫外线 辐射的作用下 离解 ,便形成上述颜色。“先驱者”11号还测得土卫六上层大气的温度为-200℃,同 土星环 的温度差不多。
土星 有多少 卫星 ?2025年3月消息,经 国际天文学联合会 的正式确认,土星卫星数量达到了274颗。这些新卫星由天文学家利用加法夏望远镜,通过连续拍摄、轨迹校正及图像叠加处理等技术手段捕捉发现。
逆行轨道围绕土星运行(与 行星 自转方向相反)
目前不清楚其是否是真正的卫星或只是F环的一个稳定碎片。
一些 特洛伊小行星 与土星卫星使用相同的名字:潘多拉55,狄俄涅106,雷亚577, 普罗米修斯 1809,埃庇米修斯1810,潘4450。
土卫一
土卫一是 土星 8个大的、形状规则的 卫星 中最小且最靠近土星的一个。直径392公里,与土星平均距离约185520公里。轨道近圆形。 公转 周期为23小时,正好是 土卫三 公转周期的一半,所以,这两颗卫星总是在土星的同一侧相遇。这种现象叫 轨道共振 态,原因还不清楚。土卫一的自转和公转同步,所以它总是以同一半球朝向土星。这一点类同月球与地球的关系。土卫一的平均密度仅为水的1.2倍,其表面有冻冰的特征。根据这些理由,可以认为, 土卫一 的主要成分是冰。它的表面明亮,布满碗形的深陨石坑。陨石坑深度大,是因为表面重力小的缘故。土卫一上最引人注目的表面结构是一个直径130公里的环形山,它位于朝向 土星 一面的半球中央。山壁高5千米,底深10公里,中央有一座长6千米的山峰。这是 太阳系 中已发现的、整体最大的陨击结构。
土卫一对土星光环的结构具有重要的 动力学 效应。土卫一围绕土星的转动周期为22小时25分。如果在土星光环的 卡西尼 环缝中有一个 质点 ,那么,其转动周期恰好是 土卫一 转动周期的一半。有些天文学家据 共振 理论认为,卡西尼环缝乃是土卫一 引力 扰动的直接结果。在 土卫六 轨道附近有一个氢云。
土卫二
土卫二 是 土星 的第三颗 大卫星 。在美国 行星 探测器 旅行者2号探测器 于1981年从这一 天体 附近飞过以前,人们除知道它的轨道外,其他 一无所知。在探测器靠近到87140公里处,发现土卫二有复杂的地质结构。
观测表明,土卫二已经历了5个不同的演化时期。几个无环形山区域的年龄不超过1亿年。由于这一时段只占土卫二整个寿命的2%,似乎可以认为它还是一颗仍处于“活动期”的 卫星 。继续进行这种地质活动的能量可能来自 土星 和 土卫四 的起潮力。 土卫二 的直径为500公里,以圆形轨道环绕 土星 公转 ,和土星的平均距离为238020公里。平均密度只比水大10%,说明它的成分有一半或更多是冰。在土星的卫星中,土卫二的密度是最低的。它的 反照率 达100%,虽有环形山和崎岖的原野,但基本上是平坦的。
土卫三
土卫三 的主要成分是 纯水 冰。它的直径1060公里,在离土星294660公里处环绕土星运行。土卫三有两个值得注意的特征:一是有一 条长达整个星球 周长 四分之三,占了整个表面5%到10%的大裂缝。
据推测,大裂缝是 卫星 内部的水的冻结膨胀造成的;一是有一个直径400公里的环形山及内部巨大的 中央峰 。 土卫四 的直径为1120公里,在平均距离为377400公里的近圆轨道上绕 土星 顺行。它66小时左右 公转 一周,正好是 土卫二 公转周期的2倍,估计是由于土卫二的 潮汐 热能 所致。
由于潮汐摩擦,土卫四的自转与公转同步,也总是以同一面对着土星。
土卫四
土卫四的表面亮度差别颇大,面朝轨道运行方向的前半面通常比后半面亮。但平均起来说,土卫四的 反照率 是很高的。
据此猜测,它的表面由大量的冰构成。 卫星 密度是水的1.4倍,估计它由约40%的岩石与60%的冰构成。在这颗卫星上显然曾发生过大量冰溶化和 地壳 表面再造活动,因而同其他土星卫星相比,表面上环形山 较少。
大多数环形山都在朝轨道运动的亮面上。较暗的后半面则被许多形成 网状结构 的亮纹所割裂。其中有些是呈线状的槽沟和 山脊 。这些亮纹被解释为可能是由于 挥发性 物质从 土卫四 内部沿线状裂缝冒出并重新 凝结 而成的。尽管在土卫四背面网状结构中央附近也有大碰撞的迹象,但对土卫四表面为什么有这种明显的不对称性迄今仍不清楚。
土卫五
土卫五 的直径为1530公里,在平均距离为527040公里的近圆轨道上绕 土星 顺行。密度是水的1.3倍,因此,一般认为它主要是由冰构成的。红外光谱也显示其表面主要由霜构成。土卫五表面的 反照率 较高,但在不同区域有很大差别。同大多数土星的 卫星 一样,土卫五的自转与 公转 也是同步的,因而也总是以同一面对着土星。同 土卫四 一样,土卫五朝轨道运行方向的前半面既亮又多陨石坑,而后半面则较暗,而且上面只有一些亮纹和少量的陨石坑以及一些表面再造的迹象。尽管在 土卫五 的表面冰多于石,多陨石坑的一面却很像 水星 和月球上的那些密布陨石坑的高地。在 土星系 中,表面陨石坑最多的就是土卫五。
在温度极低的情况下,冰与岩石显然有相似的力学性质。在陨石坑少的那一面,可看到亮的,呈线状或 折线状的条纹,它们可能是大规模表面再造和一些 挥发性 物质(如水或 甲烷 气体)从裂缝里大量冒出的结果。陨石坑中的亮斑也可能是这种情况造成的。
土卫六
公转 轨道 距 土星 1,221,830公里
卫星 直径 5150公里
卫星质量 1.35e23 千克
土卫六是在1655年由 克里斯蒂安·惠更斯 发现的。其间人们一直认为土卫六是 太阳系 中最大的卫星,并取名为泰坦(在希腊神话里,泰坦是一个巨人家族)。
旅行者1号探测器 的任务的之一就是对土卫六的研究。旅行者1号在距其表面4000千米的高空飞行,虽然它的摄像机不能穿透土卫六的大气层,但还是为人们拍摄了一些的珍贵照片,人们现在与它邂逅的几分钟比先前的300年了解的更多。
土卫六 是由近一半的冰和一半的岩石物质组成的。它可能被分成许多层,拥有一个直径3400千米,被许多由多种冰晶体组成的地层环绕的岩石核心。它的内部可能还是热的。它的密度很大,以致于自身的引力使它向中心压缩。
土卫六的大气层很值得注意,在地表,它的压力大于150千帕( 地球 大气压 101千帕;比地球的高50%)。它主要由分子氮组成(就像地球的),另外仅有6%的 氩 。和占有一些百分比的 甲烷 。十分有趣的是,还有一打微量的其他 有机化合物 (比如 乙烷 , 氢氰酸 , 二氧化碳 )。这些有机物像甲烷一样形成。它们在 土卫六 的大气层上部被太阳光破坏。这样的结果是类似于在大城市上空发现的烟雾,但要更厚。在许多方面,这类似于地球历史上生命开始出现的早期的条件。
土卫七
土卫七 是 土星 一颗较小的 卫星 ,它每23.3天绕土星一周,距土星1481000公里,位于 土卫六 和 土卫八 轨道之间。它是外形不规则的 天体 ,其大小为410公里×260公里×22公里。具有较高的 反照率 (30%),这说明它表面为 冰霜 所覆盖。
土卫八
土卫八是土星卫星系统中的一个外围卫星,以其 表象 而显异常。 法国 天文学家 卡西尼 于1671年发现。土卫八以79.33个 地球日 环土星一周,与土星的距离为3561000公里。半径730公里左右,整体密度1.16。一个具有如此小的密度的固态天体只能是主要由冰组成。已观测出 土卫八 的自转周期等于其 公转 期,这和月球的情况一样。
土卫八的固态表面受近距的其他 大行星 的 引力 作用也出现 潮汐 。其结果是土卫八的一面在其轨道运动中总是朝前,而另一面总是后随。朝前的半球只反射出照射其上的日光的一小部分而显得特别黑暗,而后随的半球却是一个比朝前的半球亮10倍的良好反射体。在 太阳系 所有 天体 中,它是亮度变化幅度最大的一个。 旅行者号探测器 在朝前的半球上发现有陨击的 环形 坑,但在后随的半球上没有。明亮的后随半球的表面物质中,可以肯定的是有水冰,不太肯定的是 甲烷 和其他的冰的 混合物 。
朝前半球表面上的黑暗物质被认为是 有机化合物 化合物,或许来自 土星 最外围的 卫星 —— 土卫九 ,或许是 太阳 紫外辐射冰中的甲烷而就地形成的。若是后面一种方式,甲烷冰的快速蒸发,以及受微 石陨石 的轰击将表面物质从朝前半球弹道式传输到了后随半球,这或许可以解释前后两半球的亮度不对称性。 土卫八 的特点是它的一个半面的亮度比另一半面大6倍;暗的半面如同黑漆,亮的半面如同白雪,原因迄今未知。 美国航空航天局 ( NASA )的科学家近日(2009年10月8日新闻)发现 土星 周围存在一个“隐形”的巨大光环(如图),由冰和尘埃微粒组成,可以容纳10亿个 地球 。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。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。
土卫九
土卫九 直径约220公里,距离 土星 平均距离约为12952000公里。是已知土星卫星中距土星最远的一个。轨道偏心率很大,同 土星环 面的 倾角 也很大。它是一颗规则 卫星 ,但为逆行。在 土卫一 至 土卫十 这10颗 土星 卫星中,土卫九是唯一的逆行卫星,它绕土星的转动方向和土星绕 太阳 的转动方向相反。因此, 土卫九 可能是一颗被俘获的像 小 行星 那样的 天体 ,而不是土星原来固有的卫星。
土卫十
土卫十 是一个不规则形状的 小卫星 ,它和 土卫十一 使用两条距离只有五十公里的轨道环绕 土星 运行,当它们非常接近时,便会交换轨道,较外的转到较内,较内的转到较外,这情况每四年发生一次。
目前,这是一个罕见的情况, 卡西尼号 探测器 到达土星后将会查明原因。由于 土卫十 的表面受了很多大大小小的撞击,因此相信它的表面有数十亿年的历史。
其他小卫星
土卫十一
土卫十一与土卫十为" 双星 "。
它的表面有许多直径大于30千米的陨石坑(环形山),也有大大小小的山脉和沟。人们广泛的概念认为 土卫十一 一定十分古老。
土卫十二
它是在1980年被地面天文台的Laques和Lecacheux发现的。
土卫十二在Dione 土卫四 的拉格朗日前点上,因此有时它被称为"Dione B".
土卫十三
它是在1980年由Smith, Reitsema, Larson和Fountain通过地面观察而发现的。Telesto在 土卫三 的 拉格朗日点 的前点上。
土卫十四
土卫十四 在土卫三的拉格朗日点的后点中。
注解 : 旅行者1号探测器 CD-ROM中的土卫十四的照片被标错了号;它们实际上是 土卫十六 的照片。同样的,标为土卫十三的照片实际上是 土卫十七 的。
土卫十五
它是在1980年由R. Terrile从 旅行者号 传回的照片上发现的。
土卫十五 好像是一颗A光环的 牧羊 卫星 。
土卫十六
土卫十六是F光环中的一颗牧羊卫星。
土卫十六有许多山脉和山谷和一些直径为20千米左右的陨石坑。但是看上去它的陨石坑比周围邻近的卫星( 土卫十 七,土卫十和 土卫十一 )少。
从它们很低的密度和相对较高的 反照率 来看, 土卫十六 ,土卫十七,土卫十和土卫十一可能是多孔的冰质 天体 。(注解:对于这些数值还有很多不能确定。)
根据1995年6月的土星光环平面交叉线观察发现, 土卫十六 比从 旅行者1号探测器 1981年数据算出的所在位置落 后了20度,这是不足以用观察误差所能解释的。可能土卫十六的轨道最近与F环遭遇而发生改变或者他可能有一个小 伴星 与它一起分享这个轨道。
土卫十七
这颗卫星于1980年被Collins和他的同伴从 旅行者号 的照片上发现。
土卫十七 是F光环外的 牧羊 卫星 。从右边的图片上可看到土卫十七和不明显的F光环, 土卫十六 及A光环的部分。
这颗卫星上的陨石坑比附近的土卫十六上的更大,土卫十七至少有两个直径大约30千米的大陨石坑。但是它没有长条形的山脉和峡谷。
土卫十八
土卫十八 在 土星 A光环带的Encke沟中。
光环附近的 小卫星 在光环中产生的波状图案。在发现土卫十八之前,一次对土星A光环的边缘的这种图案的研究 预言 了一颗小卫星的位置。依靠对10年前 旅行者1号探测器 的照片中在预言地点的再次研究发现了土卫十八。
可能有更多的在土星光环中的 卫星 将被发现。
其他迷你卫星
除了 土卫一 至土卫十八,土星还有三十四颗已命名的迷你型的卫星,还有八颗未命名的迷你型的卫星。它们是: 土卫十九 Ymir, 土卫二十 Paaliaq, 土卫二十一 Tarvos, 土卫二十二 Liraq, 土卫二十三 Suttungr, 土卫二十四 Kiviuq, 土卫二十五 Mundilfari, 土卫二十六 Albiorix, 土卫二十七 Skathi, 土卫二十八 Erriapus, 土卫二十九 Siarnaq, 土卫三十 Thrymr, 土卫三十一 Narvi, 土卫三十二 Methone, 土卫三十三 Pallene, 土卫三十四 Polydeuces, 土卫三十五 Daphnis, 土卫三十六 Aegir, 土卫三十七 Bebhionn,土卫三十八Bergelmir, 土卫三十九 Bestla, 土卫四 十 Farbauti, 土卫四十一 Fenrir,土卫四十二Fornjot, 土卫四十三 Hati, 土卫四十四 Hyrrokkin, 土卫四十五 Kari, 土卫四十六 Loge,土卫四十七Skoll, 土卫四十八 Surtur, 土卫四十九 Anthe, 土卫五 十Jarnsaxa, 土卫五十一 Greip, 土卫五十二 Tarqeq,这些都是已命名的迷你型的卫星,因为已命名的迷你型的 卫星 太小了,所以不能详细的列出来,只能提供它们的名字了。
据 英国 《 每日邮报 》在线版6月7日(北京时间)报道, 美国航空航天局 ( NASA )科学家们表示,他们已在 土星 最大的卫星—— 土卫六 ( 泰坦 ,Titan)上发现了生命存在的证据。这些原始形态的早期外星生命正在“呼吸”着土卫六大气层气体,并且以地表 可燃物 为食。这可能代表了 地球 水基生命形式之外的另一种生命形式。
土卫六是土星最大的卫星,亦是 太阳系 唯一一个拥有浓厚大气层的 卫星 ,其表面被山峦、湖泊与河流所覆盖,被天文学家视为拥有最接近地球环境的卫星,有助人类了解地球最初期的情况,揭开地球生物如何诞生之谜。而今, 卡西尼号 轨道 探测器 在分析了 土卫六 表面复杂化学成分后得了不寻常的数据,其由两份完全独立的报告公布出结果。
“卡西尼”号发现,土卫六存在有机化学物质。科学家早前曾猜测,土卫六大气中的氢会与悬浮颗粒中的碳结合成乙 炔 , 沉降 覆盖到 行星 的表面,但“卡西尼”号并没有发现乙炔存在。登载在《国际 太阳 系研究》杂志的论文指出,当 氢气 穿流过土卫六的大气层之后,便消失于其地表,这或许意味着它们被“外星虫类”呼吸掉了。而另外一篇登载在《地球物理研究》杂志的文章换了种说法,指出 土卫六 的表面缺乏某种特定 化学物质 ,科学家们据此相信其应是为生命体所消耗。由于土卫六上的液体并不是水而是 甲烷 ,因此科学家们推测那里的生命是以 甲烷 为基础。
但有专家提醒,以上迹象可能另有解释:含氢化合物 沉降 的现象在早期 地球大气层 中一直存在,但地球上并没有这种“另类”的生命形式出现。不过综合来看,现有迹象符合以甲烷为基础的生命存在的条件。
美国航空航天局 的 天体 生物学家克瑞斯·麦凯表示:“如果这些迹象确实证明了生命的存在,那将令人兴奋不已,其代表了 地球 水基生命形式之外的另一种生命形式。”
亦有科学家认为, 土卫六 已然具备了生命进化的化学基础,只待合适的光热去开启这一进程——或许,当 太阳 膨胀到吞噬掉地球的那一天,土卫六却将因此变得温暖而具备了适合生命生存的理想条件。
最新发现
美国 研究人员发现, 土星 第二大卫星 土卫五 上存在稀薄大气,其中 氧气 含量占大约70%, 二氧化碳 占30%。这是研究人员首次在土星的 卫星 上发现富含氧气的大气。
七成为氧但浓度低
美国航空航天局 卡西尼号 轨道 探测器 在飞越 土卫五 北极 的一次探测中发现,土卫五存在大气,经“卡西尼” 质谱仪 分析,确认其中含有氧气和二氧化碳。研究报告 第一作者 、美国西南研究所研究员本·泰奥利斯说,先前研究发现,木星的卫星 木卫二 和 木卫三 大气中含有气态氧,现在又在土卫五上确认同样事实。“(大气含氧)这一点广泛存在令人振奋。”泰奥利斯说。研究人员分析确认, 氧气 占 土卫五 大气含量的大约70%, 二氧化碳 占30%。不过,泰奥利斯比较说,土卫五上氧气浓度比 地球 低很多,仅为地球浓度的5万亿分之一。
大气相当稀薄
土卫五 上大气相当稀薄, “ 卡西尼 ”号 先前两次飞越探测,未找到大气存在的决定性证据。上世纪90年代, 美国 哈勃空间望远镜 探测确认 木卫二 和 木卫三 存在含氧的稀薄大气,令研究人员把目光转向 太阳系 其他 行星 的 卫星 ,包括 土卫五 。泰奥利斯说,土卫五存在大量冰,直径为1529公里。研究人员认为,它有足够重力“抓住”大气。然而,研究进展并不顺利“ 卡西尼 ”2005年和2007年两次飞越 土卫五 ,没有取得突破性进展。去年3月,“卡西尼”把飞行高度降低为距离 土卫五 地面97公里。这一高度,令“ 卡西尼 ”进入土卫五大气。“ 卡西尼 ”采集的样本显示,土卫五大气仅为 木卫二 和 木卫三 大气密度的1%。“它太过稀薄,以致难以遥远探测。”泰奥利斯说。
二氧化碳 之谜
研究人员认为, 氧气 来自 土卫五 的冰层。受星体 磁层 中 带电粒子 作用,冰分解形成氧气。然而,研究人员无法确定二氧化碳的来源。一种可能是,土卫五可能与 太阳系 内其他星体一样,表面或接近表面处存在富含碳元素的 有机化合物 。这些分子同样受到带电粒子作用,分解出碳并与氧气结合,形成二氧化碳。其他可能性包括:二氧化碳是 土卫五 45亿年前形成之际释放出的“原始”气体;或是 土卫五 在早先地质活动中形成,而这类活动已经停止。泰奥利斯说:“我们现在不清楚它的形成过程,这无疑是我们今后研究的方向。”“ 卡西尼号 ”定于明年1月以距离星体表面75公里的高度飞越土卫五南极。