前「卡西尼」時代的土星

望遠鏡眼中的土星

1610年7月25日夜晚，人類第一次將望遠鏡對準了土星。伽利略的望遠鏡口徑只有1.5厘米，他發現土星兩側長出了「耳朵」，於是在本子上手繪了一張土星圖片，當時他猜測，這是土星的衛星。

伽利略望遠鏡中的土星（模擬）

1659年，荷蘭天文學家惠更斯用比伽利略望遠鏡好得多的望遠鏡看清了土星外側的東西，但他也沒有十足的把握確認那東西。於是，他用一段字謎公布了自己的發現：

Aaaaaaacccccdeeeeeghiiiiiiillllmmnnnnnnnnnooooppqrrstttttuuuuu

又經過三年的觀測證實，惠更斯才把謎底告訴大家：「有環圍繞，既薄且平，不和土星接觸，而與黃道相交。」

惠更斯繪製的土星

1675年，法國著名天文學家卡西尼發現光環有條縫，他把光環分成外環（Ａ環）和內環（Ｂ環）。後來這條縫被叫做卡西尼環縫。

1837年，隨著望遠鏡的進步，恩克在A環中發現了一條非常狹小的縫。1850年，天文學家又在Ｂ環的內側發現了Ｃ環。

1856年，麥克斯韋從理論上提出，土星環應當由許多碎塊構成，這些小碎塊沿各自的軌道繞土星旋轉，密密麻麻地集中在土星的赤道面上，反射太陽光後構成了土星的光環。

1895年，美國天文學家基勒通過觀測發現，光環的運動靠裡面的快，而靠外面的慢，符合開普勒運動定律的基本規則，證明了麥克斯韋的光環理論是正確的。在發現C環100年後，終於又在Ｃ環的內側發現了Ｄ環，以後又發現了Ｅ環……

土星環（部分）結構示意圖

「先驅者」11號眼中的土星

1973年4月6日，「先驅者」11號從肯尼迪航天中心發射升空。1974年12月4日藉助木星強大的引力改變軌道加速飛向土星。1979年9月1日在距離土星雲頂不到21000公里處飛越而過。作為「先驅」，它交出了以下成績單：

「先驅者」11號拍攝的土星及泰坦（土衛六）

發現了第12顆衛星，這顆衛星後來被命名為「先驅者岩」。

測到了土星兩層環，分別是A環和E環之間的Ｆ環和E環外面的Ｇ環。科學家把A環和F環之間的環縫命名為「先驅者縫」。

發現土星有一個由電離氫構成的廣延電離層，其高層溫度達到了977℃。它還首次發現了土星極區有極光。

發現了形容一條大鯨魚的土星磁場，範圍比地球磁場大上千倍，但小於木星磁場，也沒有木星磁場複雜；磁軸與其自轉軸吻合，磁心偏離土星核心僅22.5公里。

通過紅外探測，確認土星的表面溫度為-140℃，雲頂溫度為-180℃，比木星低50℃，同時，測得土星發出的能量是從太陽吸收到的2.5倍，這表明土星和木星一樣有內在能源。

土星磁場模擬圖

「旅行者」1號眼中的土星

1980年11月，「旅行者」１號抵達土星，發回1萬多幅彩色照片。它發現土星環的結構非常複雜，令人眼花繚亂。大部分環是對稱地繞土星轉的，也有不對稱的，有完整的、比較完整的、殘缺不全的。遠看，土星環分成了不計其數的細小的環，就像是一張密紋唱片。近看就像到了一個採石場，堆積著大大小小的石塊，還夾雜著冰塊，直徑從幾厘米到幾十厘米不等，只有少量的超過1米或者更大。它們看似雜亂無章，但實際上各行其道，井然有序地繞著土星公轉。

土星光環雖然很寬，但很薄，如果把所有的環「揉」在一起捏成團，只有一顆普通衛星那麼大?它還發現F環的內外兩側各有一顆「牧羊犬衛星」，守護著光環，不許環內的小石塊跑出去?

教科書上的經典照片就是由「旅行者」1號拍攝的照片

「旅行者」1號和9個月後到訪的「旅行者」2號一同發現了11個新衛星，讓土星一下子登上了當時太陽系衛星數量最多的寶座。

實測土衛六直徑為4828千米，僅次於木衛三，為太陽系第二大衛星。

土衛六的上層大氣中含有有機分子，但卻沒有找到任何生命存在的跡象。

土衛六的大氣厚度是地球大氣的10倍。大氣中98％是氮，剩下的是乙烷、乙烯和氨等。大氣分三層，上層溫度最高，為零下98℃，中層溫度最低，為零下208℃,下層為零下181℃?

「旅行者」號的軌道

「旅行者」2號眼中的土星

1981年8月25日，「旅行者」2號從距離土星雲頂1萬千米的高空飛越，傳回18000多幅土星照片。

土星表面寒冷多風，北半球高緯度地帶有強大而穩定的風暴，甚至比木星上的風暴更猛。

土星上也有大紅斑，大紅斑長8000千米，寬6000千米。

土星的上層大氣與木星相似都有著一些條紋；但土星的條紋比較暗淡，並且赤道附近的條紋也比較寬。

土星的大氣層通常都很平靜，但土星的風速卻是太陽系中最高的，「旅行者」2號的數據顯示土星上的陣風最高可達500m/s（1,800公里/時）。

土星大氣中不時有閃電穿過，其威力超過地球上閃電的幾萬倍乃至幾十萬倍。它再次證實，土星環有7條。

土星環是由直徑為幾厘米到幾米的粒子和礫石組成，內環的粒子較小，外環的粒子較大，因粒子密度不同使光環呈現不同顏色。

「旅行者」2號拍攝的土星（來源：NASA）

「旅行者」號探測器（來源：NASA）

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