Astronomy Photos ByAcian

2013年12月9日

土星

作者: Phoebe

談到八大行星:水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星及海王星 ,你最愛的會是哪個行星?談到筆者最愛的行星,當然就是那個擁有美麗的行星環-土星。其實並不只有土星才擁有行星環,木星、天王星、海王星也擁有各自的行星環,但因為他們的行星環較暗,所以較不顯而易見。

卡西尼號所攝的土星^^(NASA)

土星的發現歷史
土星在中國古代被稱為鎮星,由於土星公轉週期約為二十九年,但古中國人卻誤以為它的公轉週期只有二十八年多,而古中國亦有二十八宿,他們認為土星每年鎮一宿,故命名為鎮星。而西方意大利天文學家伽利略於1610年使用其望遠鏡觀察土星時,因望遠鏡的倍數較低,加上土星的側面剛好面對着地球,故伽利略觀察不到土星的光環,卻誤以為土星是三合星。直到1659年,荷蘭天文學家惠更斯使用更高倍數望遠鏡觀察土星,才指出土星被一個薄而平的環所包圍,而去到1675年法國天文學家卡西尼更發現土星環有一個很闊的間隙,而以下將會對土星環有更詳細的介紹。


1610年伽利所繪下的土星
神秘的土星環
土星最吸引人的莫過於是其光環,自1610年伽利略觀察過土星後,土星環便帶給天文學家很多的迷團:土星環是如何形成?而土星環與土星的關係又是怎樣?土星環是由很多粒子匯集而成,有些細如冰粒,有些卻大如一座山,這些顆粒也有助形成闊約會18萬公里的土星環。土星環的形成有兩個假說,其中一個假說認為環原是土星的一顆衛星,但不久後就被土星的潮汐力所扯碎而形成土星環,而另一個假說則認為土星環是由土星的原星雲所形成。


土星環的近距離照片(NASA)

土星環是非常具系統性的。土星環由內至外分別是D環、C環、B環、A環、F環、G環和E環。上文所提過的卡西尼環縫則是位於B環及A環中間,而恩克環縫則是位於A環內,一般來說,我們所看到的土星環最遠的是F環。而較遠的G環甚至是E環大多由一些氣體組成,並且散佈得非常廣,所以不容易被看見。眾多環中,B環及A環是較大和較亮的,而C環和D環則較暗。此外,每個環內都會有其特定的環縫。


土星環的分佈圖

從以上圖片,我們可以清楚看見:土星環的確沒有被顆粒所舖滿,反之,它有着一圈圈的空隙,而較為有名的是卡西尼環縫及恩克環縫。接着問題便來了!究竟這些環縫是怎樣形成的?土星有很多衛星,而有些衛星的軌道正正是位於土星環,當衛星環繞土星公轉,而衛星的重力作用會令顆粒向內外軌道移,衛星便是這樣在土星環上開出一條屬於自己的軌道,且形成我們清晰可見的環縫。


紅色為卡西尼環縫
黃色為恩克環縫

土星的衛星
談到最家傳戶曉的土星衛星想必是土衛六-泰坦(Titan),泰坦被發現於1655年,亦是首個被發現的土星的衛星,也是土星最大的衛星。隨着太空科技日益進步土星被確定的天然衛星有62個(確實數字仍在更新中),但當中只有53個被命名,而每一個衛星也有着其特別之處。例如:土衛十八(Prometheus)和土衛十九(Pandora)經常與土星環中的F環擦過,而土衛三(Thethys)和土衛四(Dione)則位於相同的軌道運行,此外:土衛十一(Janus)和土衛十二(Epimetheus)經常非常接近,所以它倆會週期性地交換軌道。


土衛三(Thethys)和土衛四(Dione)與土星合照(NASA)

作為土星最大的衛星,泰坦又有何特別之處呢?泰坦的半徑約2,575公里,比起我們地球衛星的月亮甚至水星還要大。另一樣特別之處就是泰坦跟地球一樣擁有著着很厚的大氣層,此外,泰坦亦被確實有湖泊的存在,但湖泊裡的液體並不是水,而是液態甲烷和乙烷,而這個發現已足夠令天文學家懷疑是否有生命體存在於泰坦,這些甲烷可能是某些生命賴以生存的。


土星厚厚的大氣層

探索土星
以上簡介了土星環和土星的衛星,大多資料並不是單由望遠鏡觀察而得到,而是由一些太空探測器前往土星探索而獲得的。土星曾被航海家1號、2號拜訪過,那次拜訪為我們帶來更多土星和土星環的資訊,泰坦上的厚大氣層亦是由航海家1號所發現的,之後卡西尼號及惠更斯號也先後拜訪了土星,拍攝了大量土星衛星的照片,於2006年卡西尼號甚至拍攝到泰坦上有湖泊的存在。現時,只剩下卡西尼號繼續為我們探索土星,相信卡西尼號會繼續為我們帶來土星鮮為人知的秘密。


卡西尼號的任務
記得筆者第一次看到土星是由香港大學物理系所提供的16吋望遠鏡所看到的,從望遠鏡看到的土星當然不及卡西尼號所拍攝的土星大,我所看到的土星大概只有一粒提子乾的大小,但那個土星環仍舊是清晰可見的,這次的土星觀察仍然在腦海中歷歷在目。數天前,筆者與其他幹事到東壩追星,臨日出前,有幸看到土星位於天秤座附近,但這次看到的只是一粒光點> < 我期待着下一次使用更大的望遠鏡觀察土星,親眼看到更多關於土星的神秘事物!:D


圖取自53 儀器管理 馬奕騏

這張照片跟筆者當年看的土星樣貌相若,最後將這張照片送給大家:D

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