上一篇我们说到了太阳系最大的行星——木星，这一次要谈的自然是第二大的行星——土星，也是一颗重要由气体组成的星球，所以也叫做类木行星。人们在史前时代就已经知道土星的存在，在历史，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，从这颗行星所采纳的名字，它是农业和收获的神只。在印度占星学，有9个占星用的天体，土星是其中之一，在中国依据五行之说，它被称为土星。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。人们之所以这么早就能发现土星，是因为土星具有太阳系最绚丽的光环，其他的的星环在它面前简直是萤火虫与太阳，其星环重要由冰微粒，岩石与等离子组成。土星环位于土星的赤道面上。在空间探测前，从地面观测得知土星环有五个，其中包括三个主环 A环、B环、C环和两个暗环 D环、E环。B环宽又亮，它的内侧是C环，外侧是A环。A、B两环之间为宽约4800公里的卡西尼缝，是天文学家卡西尼在1675年发现的，产生环缝的真相是因为光环中有卫星运行，卫星的引力造成的。B环的内半径91,500公里，外半径116,500公里，宽度25,000公里，可以并排安放两个地球。A环的内半径121,500公里，外半径137,000公里，宽度15,500公里。C环很暗，它从B环的内边缘一直延伸到离土星表面只有12,000公里处，宽度约19,000公里。1969年在C环内侧发现了更暗的D环，它几乎触及土星表面。在A环外侧还有一个E环，由非常稀疏的物质碎片构成，延伸在五、六个土星半径以外。1979年9月先驱者11号探测到两个新环──F环和G环。F环很窄，宽度不到800公里离土星中心的距离为2.33个土星半径，正好在A环的外侧。G环离土星很远展布在离土星中心大约10～15个土星半径间的广阔地带。先驱者11号还测定了A环、B环、C环和卡西尼缝的位置、宽度，其结果同地面观测相差不大先驱者11号的紫外辉光观测发现，在土星的可见环周围有很大的氢云环本身是氢云的源。土星与木星核心类似，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。不仅核心类似。就连组成的气体也差不多，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。因此土星与木星一样，发生着大风暴，最奥秘的是长期出现在78N附近，围绕着北极的六边形漩涡。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推测之中，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。土星北极点的六边形风暴和木星表面的大红斑一样是令人着迷的景象。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，这种猜测方法遇到了阻碍：从土星南北半球释放出的无线电有15分钟左右的时间差。相对而言，六角形风暴的循环更加稳定，因此可以当作推断自转周期的一个关键因素。研究者将卡西尼号土星探测器拍摄到的时间跨度为5年半的图像结合在一起加以分析，发现六角形风暴的循环周期几乎不会发生变化。这一发现暗示：可蔓延数百公里的六角形风暴与星球的内部关系密切，因此它是土星真实自转速度的一个有效标示。与木星一样，土星一样具有极光现象，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。在地球上，极光是带电粒子沿着地球磁场线进入大气层形成的奇特现象。天文学家发现该图像中土星北极和南极洲极光之间存在细微的差别，其中包含在北极光中的璀璨椭圆形状区域比南极洲光区域略小，并且光线更强烈一些。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。由哈勃紫外巡天相机在2013年4到5月拍摄的土星北极光景象，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。那么土星具有生命吗？与木星一样，土星内部气温过高，而表面温度过低，也无法承载与地球类似的生命，而其的第六颗卫星，简称土卫六的天体，是太阳系唯一一个具有大气的卫星，反而受到科学家的关注，猜测上面可能有生命。为何在卫星中只有土卫六有大气层呢？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。为了进一步研究土卫六大气和生命的关系，美国康奈尔大学的行星物理学家卡尔·萨根等人，做了土卫六大气模拟实验。研究者认为，土卫六上含有大量氮气的大气层，产生了各种各样的生命前的化学物质。萨根指出：早期的地球上可能也曾发生过类似的过程。但在土卫六上发生的生命前化学过程，因为那里的温度远低于水的冰点，大概是不会有生命的。美国旅行者1号也探测过土星，发回的数据却令人失望，，它发现土星有一层稠密的大气层和一个液态的表面，其大气层至少有400公里厚，甲烷成分不到1%，大气的重要成份是氮，占98%，还有少量的乙烷、乙烯及乙炔等气体，表面温度在-181℃到-208℃之间，液态表面下有一个冰幔和一个岩石核心，未发现存在任何生命的痕迹，但土卫六能向外发射电波，使人感到迷惑。对宇宙和生命的探索，我们永远不会停止，随着科学的进展，相信终有一天我们能揭开那些曾经是迷的难题。看到的伙伴希望能点个关注，谢谢啦。 艺术家对太阳-行星-系统的插图。太阳周围的太阳风和对行星大气的影响是可见的。信用:uux.cn/AIP/ K. Riebe/ J. Fohlmeister 神奇的地球uux.cn据波茨坦莱布尼茨天体物理研究所：利用最先进的数值模拟，由波茨坦莱布尼茨天体物理研究所 AIP的科学家领导的一项研究第一次获得了冷太阳样本中太阳风属性的系统表征。他们发现磁场更强的太阳会产生更强的风。这些风为行星大气层的生存制造了不利条件，从而影响了这些系统可能的可居住性。太阳是宇宙中最丰富的太阳之一，被称为“冷星”这些太阳被分为大小、温度和亮度不同的四类 F、G、K和M型。太阳是一颗相当普通的太阳，属于g类。比太阳更亮更大的太阳属于F类，而K星比太阳略小更冷。最小和最暗的太阳是M星，由于它们发出大部分光的颜色，也被称为“红矮星”。卫星观测显示，除了光之外，太阳还发出一种持续的粒子流，称为太阳风。这些风穿越行星际空间，与包括地球在内的太阳系行星相互作用。南极洲和北极附近美丽的极光实际上就是由这种相互作用产生的。然而，这些风也可能是有害的，因为它们会侵蚀稳定的行星大气，就像火星上的情况一样。虽然我们对太阳风有了更多的了解——部分归功于诸如太阳轨道飞行器之类的任务——但对其他冷太阳来说，情况并非如此。问题是我们不能直接看到这些太阳风，这限制了我们研究它们对填充宇宙岛中太阳之间空腔的稀薄气体的影响。然而，这种方法有几个局限性，只适用于少数太阳。这促使人们使用计算机模拟和模型来预测太阳风的各种特性，而不需要天文学家去观察它们。在这种情况下，博士生Judy Chebly、科学家Julián D. Alvarado-Gómez博士和AIP太阳物理学和系外行星部门的负责人Katja Poppenhä ger教授与哈佛&史密森尼安天体物理学中心的Cecilia Garraffo合作，对F、G、K和M太阳的太阳风特性进行了第一次系统研究。为此，他们使用了数值模拟，其中采纳了目前可用的最复杂的模型之一，由观测到的21颗观测良好的太阳的大规模磁场分布驱动。这些模拟是在AIP和Leibniz Rechenzentrum LRZ的超级计算设备上进行的。这些发现发表在皇家天文学会月刊上。该团队研究了太阳的属性，如重力、磁场强度和自转周期，怎么影响速度或密度方面的风特性。这些结果包括跨光谱类型的太阳风特性的综合表征，除其他结果外，这些结果表明，在根据观测结果估计相关质量损失率时，需要重新考虑以前对太阳风速的假设。此外，模拟允许预测Alfvén表面的预期大小——太阳日冕和太阳风之间的边界。这一信息对于确定行宇宙岛统是否可能受到强磁场太阳-行星相互作用的影响至关主要，当行星轨道进入或完全嵌入其宿主太阳的Alfvén表面时，就会发生这种相互作用。他们的发现表明，磁场大于太阳的太阳有更快的风速。在某些情况下，太阳风速可能比平均太阳风速快五倍，平均太阳风速通常为450公里/秒。该调查获得了对这些太阳在所谓的“可居住区”的风有多强的评估，可居住区定义为岩石系外行星在类似地球的大气压力下可以维持表面液态水的轨道距离。他们发现F型和G型太阳周围的条件较温和，与地球在G型太阳周围经历的情况相当，而K型和M型太阳的风环境越来越恶劣。如此强烈的太阳风强烈地影响着行星上任何潜在的大气。这种现象在岩石行星和太阳之间的太阳物理学中有很好的记录，但在系外行宇宙岛统中却没有。这需要估计太阳风来评估类似于我们在太阳风和行星大气之间看到的过程。F到M主序太阳的星风信息以前是未知的，这使得这项研究在可居住性方面很主要。本文介绍的工作是对21颗太阳进行的，但其结果是普遍的，足以应用于其他冷主序星。这项调查为未来研究太阳风观测及其对行星大气侵蚀的影响铺平了道路。