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土星的軌道,土星一年多長?

1月
11
2018

2018年1月11日23時 今日科學 南充天文在線

南充天文在線

土星,為太陽系八大行星之一,至太陽距離位於第六、體積則僅次於木星。並與木星、天王星及海王星同屬氣體巨星。古代中國亦稱之填星或鎮星。
土星是中國古代人根據五行學說結合肉眼觀測到的土星的顏色來命名的。

文章翻譯:天文志願團隊-文章翻譯組成員@F.A. ,審核@狐叄叄 (若有錯誤,歡迎指正)

整理排版:天文在線(零度星系)

太陽系中的每個行星都需要一定的時間才能繞太陽一周。在地球上,這個周期是365.25天 - 我們稱之為一年。當涉及到其他行星時,我們把這個周期稱為它們的軌道周期。在許多行星上,由於它們與太陽的距離,這個一年可以持續很長的時間!

考慮一下土星,它繞太陽運行的距離約為9.5AU,即地球與太陽之間距離的九倍半。正因為如此,繞太陽運行的速度也相當慢。結果,土星的一年平均持續時間約為地球上的二十九年半。在此期間,行星天氣系統發生了一些有趣的變化。

土星繞太陽運行的平均距離(半長軸)為14.29億公里(8.879億英里;9.5549天文單位)。由於它的軌道是橢圓形的,偏心率為0.05555,它與太陽的距離最近(近日點)為13.5億千米(8.388億英里;9.024天文單位),最遠處(遠日點)為15.09億千米(10.086天文單位)。

圖表顯示的是太陽外行星軌道,土星的軌道用黃色表示。Credit: NASA

土星平均軌道速度為9.69公里/秒,它需要29.457地球年(或10,759地球日)才能在太陽周圍完成一次公轉。換句話說,土星一年的持續的時間長達地球上29.5年。然而,土星也只需要10個半小時(10小時33分鐘)就可以自轉一次。這意味著在土星上的一年有約24,491個土星日。

正因為如此,我們從地球上看到的土星環隨著時間而變化。在它軌道的某一點,土星環看起來最寬。但是當它繼續繞太陽運行時,土星環的角度會減小,直到它們完全從我們的視野中消失。這是因為我們正對環的邊緣。幾年後,我們的角度改變了,又可以看到美麗的環系統。

關於土星的另一個有趣的事情是,它的軸線偏離黃道平面。本質上,它的軌道相對於地球的軌道平面傾斜2.48°。它的軸線也相對於太陽的黃道傾斜26.73°,這與地球的23.5°傾斜相似。其結果就是土星和地球一樣在會軌道周期內經歷季節變化。

R. G. French (Wellesley College) et al., NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

在它的一半軌道上,土星的北半球比南半球受到更多的太陽輻射。在另一半的軌道上,情況相反,南半球比北半球受到更多的陽光。這造就了一個依賴於土星所處軌道部分的風暴系統。

對於土星來說,高層大氣中的風速可以達到赤道地區每秒500米(每秒1600英尺)的速度。有時會出現大型土星風暴,類似於木星上常見的風暴。類似木星擁有的大紅斑,土星會周期性地出現所謂的大白斑。

這個獨特而短命的現象在北半球夏至時期的每一個土星年發生一次。這些地方可能有數千公里寬,過去曾多次出現過,分別是1876年,1903年,1933年,1960年和1990年。

自2010年以來,觀測到一大群被稱為北極靜電擾動的白雲,卡西尼太空探測器發現了這個白雲。考慮到這些風暴的周期性,預計在2020年發生另一次,恰好與土星在北半球的下一個夏季相吻合。

土星北半球大氣層的巨大風暴,美國宇航局的卡西尼號太空梭拍攝的真彩色,視圖中風暴環繞著土星。mage credit: NASA/JPL-Caltech/SSI

同樣,季節變化也會影響到土星北部和南部極地地區存在的大型天氣系統。在北極,土星呈六角形波浪,直徑約3萬公里,六面各約13,800公里(8,600公里)。持續的風暴可以達到每小時約322公里(200英里)的速度。

根據卡西尼探測器在2012年至2016年期間拍攝的圖像,風暴似乎經歷了與夏至的趨勢相一致的顏色變化(從藍灰色到金棕色)。這源於日照增加,大氣中光化學霧度的增加。

同樣的,在南半球,哈勃太空望遠鏡拍攝的圖像也表明存在大量急流。這場風暴與軌道上的颶風相似,有明確的眼牆,可以達到550公里/小時(342英里/小時)的速度。就像六角形的北方風暴一樣,南部的風暴也隨陽光照射而增加的變化。

圖像在這個自然的彩色圖像上做了一個漂亮的條紋裝飾,顯示了它的北極六邊形和中央旋渦。
(Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

2007年,卡西尼捕捉到的南極地區圖像,恰逢南半球的深秋。當時,極地地區變得越來越「霧霾」,北極地區變得越來越清晰。有人認為,其原因是太陽光的減少導致了甲烷雲層的形成。

據此推測,隨著各自的半球接近冬至,極地地區越來越被甲烷雲遮蔽,接近夏至時更加清晰。而中緯度地區的太陽輻射暴露量的增加/減少也會出現變化。

就像一年的時間長度一樣,我們了解土星很少,這與它距離太陽遠的有很大關係。總之,很少有星際探索能能深入研究它,而一年的周期也意味著探索難以見證這個星球所經歷的所有季節變化。不過,我們的發現相當可觀!

全文排版:天文在線(零度星系)


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