土星至太阳的距离由近到远排名第六，是太阳系中第二大行星。因其炫目的光环，土星在太阳系中尤显独特。虽然土星并不是唯一一个有行星环的行星，但也找不到另一个像土星这样拥有如此壮观且复杂行星环的行星了。和气态巨行星木星一样，土星是一个主要由氢氦构成的巨型球体。由卡西尼号所拍摄到向日的土星，为接近真实色彩的影像土星周围有六十多颗已知的卫星，拥有一些太阳系中最迷人的景色。土卫二撒出的水滴，土卫六上烟雾弥漫的沼气湖，这些都证明了土星系统是科学发现的丰富来源，这里依然存在着许多秘密。旅行者1号发现北极区的六边形云彩特征，并在2006年被卡西尼号宇宙船证实由于土星是肉眼可见的最遥远的行星，历史人们就知道了这颗行星。土星的名字来源于罗马的农业和财富之神，也是朱庇特木星，即希腊神话中的宙斯的父亲。大小和远近土星的半径为60330千米，是地球的9倍多。如果说地球有五分镍币大小，那么土星就有排球那么大。从 14亿千米的平均距离来看，土星距离太阳9.5个天文单位。一个天文单位缩写为AU的长度是地球到太阳的距离。从这个距离来看，太阳光到达土星大概需要80分钟。土星与地球的粗略大小对照图轨道与自转土星的昼夜交替周期是太阳系中第二短的，只有10.7小时土星自转一次的时间，土星绕太阳公转一周所需的时间土星上的一年是地球上的29.4年10756天。以太阳轨道为基准，土星轴线的倾斜度为27.63度。地球的倾斜度也与之相似，为23.5度。这种现象意味着土星与地球的季节相似。形成和结构45亿年前，太阳系其他部分开始演化，引力将气体和灰尘涡动形成了这个气态巨行星。大约40亿年前，土星在太阳系外层的位置变得稳定，成为了距离太阳的第六近的行星。与木星一样，土星也主要是由氢和氦构成的，同样的两种元素也是太阳的组成物。土星中心为密实的金属芯，可能包括铁或镍，包裹在外面的是坚硬的金属和其他因被加压加热而变得稳固的化合物。在液体氢层内部，化合物周围还有液体游离态的氢——它的核心部分与木星相似，但体积更小。很难想象，土星是太阳系唯一一颗平均密度低于水的行星。这颗气态巨行星可以漂浮在浴缸中。表面土星作为一颗气态巨行星没有真正的外表面。这颗行星主要是由涡动的气体和内部的液体固体组成。飞行器在土星上无处停放，同样也无法完好无损地穿过。在飞行过程中，由于行星内部极端的高温高压，飞行器可能融化或蒸发。大气土星表面覆盖着微弱的条状云气、气流以及风暴，深浅不一，呈现出黄色、棕色、灰色等不同的色彩。土星的赤道地区高层大气风速可以达到每秒500米，而地球上最强劲的飓风也不过每秒110米。还有土星赤道地区的气体压力，与潜入深水时的感受相同，其压力之大可以将气体转换为液态。土星的北极点处有个有趣的气象现象——一条六边形的气流柱。这个六边形的图案由旅行者一号飞行器首次发现，之后的”卡西尼”号飞船加大了对其的观测力度。这个六边形呈现出摇摆的气流状，宽度大约有30000千米，其间风速可达每小时2322千米，且气流柱中心存在着大规模、旋转态的风暴。此种气候特点在太阳系中独一无二。生命可否存在目前，我们对土星还知之甚少。但土星上的温度、压力、物质状况十分极端且不稳定，生物体很难适应。我们知道了土星不适宜生物居住，也就知道了它的一些卫星也不适宜。但内部存在海洋的卫星土卫二和土卫六也许可以为生命体提供条件支持。卫星土星的卫星是一大批迷人独特的世界的组合体。从被雾霾笼罩的土卫六到陨石坑密布的土卫九，土星的每个卫星都讲述了一段围绕着土星的故事。 目前土星有53个已确认的卫星，另有9个暂定的卫星。这张2012年的卡西尼图像显示的是土卫六及其行星土星。 图片来源：美国宇航局/JPL-Caltech/SSI光环土星环被认为是在到达行星之前，已经被土星强大的引力撕裂的破碎彗星、小行星或行星碎片。 它们由数十亿块小块的冰块和岩石组成，上面覆盖着类似灰尘的其他物质。 这些环形颗粒大多，小至尘土般的微小冰粒，大到房子大的块状物体。 极少数颗粒能有山体那么大。 如果你从土星的云顶上看这些环，你会发现它们大多是白色的，有趣的是，每个环的运行速度都不一样。土星的环系统延伸到距离地球28.2万公里的地方，但主环部分的垂直高度通常是10米左右。这些环相对较近，除了一个宽4700公里的缺口被称为卡西尼缝Cassini Division，该缺口将A环和B环分隔开来。光环按照它们被发现的顺序根据字母顺序排列，主要的环是A、B、C环。D、E、F环和G环比较微弱，最近才被发现。 从土星开始向外移动，有D环、C环、B环、卡西尼缝、A环、F环、G环，最终是E环。在更远的地方，有一个非常微弱的弥漫性环带——菲比环。土星环是太阳系中最引人注目的景象这张影像是卡西尼宇宙船在2007年拍摄的磁层土星的磁场比木星小，但仍然是地球的578倍。土星，土星环，以及许多卫星完全处于土星的巨大磁层中，在这个区域内，带电粒子的行为很少太阳风的影响，而受土星磁场的影响更大。 当带电粒子沿着磁场线螺旋进入行星大气层时，就会产生极光。 地球上，带电粒子来自太阳风。 “卡西尼”号观测数据显示，土星的极光中至少有一部分像木星一样，基本上不受太阳风的影响。 相反，这些极光是由土星卫星喷出的粒子和土星磁场的快速自转共同造成的。 但这些“非太阳起源”的极光还没有完全研究清楚。上图为哈勃空间望远镜拍摄到的土星南极洲光 一个艺术家的概念，恒星烧焦其附近的系外行星。新的研究表明，老化的红巨星非但不会毁灭生命，反而会使冰冻的世界变得温暖，成为可居住的家园。Credit: ESO/L. Calçada（神秘的地球uux.cn）据莱顿大学（多琳·申克）：在过去的30年里，我们在太阳系之外发现了5000多颗行星。一个常见的系外行星是熔岩世界，一个拥有液态熔岩海洋的炽热超级地球。曼塔斯·齐林斯卡开发了模型来模拟这些世界可能的大气。这些模拟为天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜搜索这些大气提供了指导。Zilinskas将于5月24日星期三获得博士学位。大多数观测到的系外行星都不像我们太阳系中的八种植物。例如，有热木星，气态巨行星比水星到太阳更靠近它们的母星，以及嘴侧熔岩世界，它们比地球大，围绕它们的母星如此之近，以至于熔岩海洋流动。Mantas Zilinskas说，我们对这些遥远的世界知之甚少。天文学家可以根据质量、半径和离母星的距离来估计一些特征。但这并没有给出一个完整的画面。为了更多地了解它们的大气层，天文学家们使用了光谱学。在这项研究中，他们测量了来自母星的光线，这些光线穿过系外行星的大气层，然后传播到地球。大气中的分子和原子吸收独特颜色的光。这为每颗系外行星创造了一个独特的指纹，通过它你可以知道它的大气中含有什么物质。但是从光谱观测中推导出这些特性并不容易。这就是为什么像Zilinskas这样的理论天体物理学家创建数学模型来预测某些特性如何转化为观测结果。“我计算天文学家可能观察到的东西，”他解释道。“我模拟的目的是告诉天文学家要寻找什么，以及这能告诉他们关于系外行星的什么。”Zilinskas将他的博士研究重点放在熔岩世界的大气上，并用2021年底发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜进行观察。“这些大气还没有被探测到，但是我们认为它们是存在的。事实上，富含硅酸盐的气体可以从熔岩海洋中蒸发出来，形成稀薄的大气，”他说。“我们正试图使用模型来预测这些大气的化学成分和重要属性，如温度变化。我们研究它是如何影响光谱的。”为此，Zilinskas使用了所谓的一维模型，该模型假设大气中最大的化学变化发生在垂直方向——从上到下——而不是水平方向。模型计算每个点的化学条件。Zilinskas将其与辐射传输模型相结合，计算来自母星的光如何穿过大气层，以及光谱在这个过程中如何变化。“也有二维和三维模型，但这些需要大量的时间和计算能力，”Zilinskas说。“此外，我们对熔岩世界知之甚少，更快、更灵活的一维模型让我们可以自由地研究许多不同的、可能的大气成分。”模拟显示，詹姆斯·韦伯太空望远镜可以观察熔岩世界的大气，如果它们存在的话。“这也显示了这台太空望远镜向前迈进了一大步，”Zilinskas说。目前，太空望远镜仍在观测系外行星，包括熔岩世界。Zilinskas说，“我希望我的博士研究可以作为未来观察熔岩世界大气的指南。”