土星的卫星
特性
土星卫星的相对质量(土卫一和其他比土卫二小的卫星在此图未能显示出来。
土星的卫星系统有一边倒的情况:土卫六占绕土星物质总质量的百分之96。6颗近球体卫星占百分之4,其余54颗加土星环只占百分之0.01。
许多土星卫星,如土卫十八及土卫三十五,轨道位于土星环系统内,公转周期仅比土星自转周期略长一点。然而一些最远的不规则卫星,特别是诺尔斯卫星群,轨道半径数百万英里,公转周期长达几年。诺尔斯群卫星的轨道甚至几乎垂直于土星的赤道。高卢卫星群和因纽特卫星群的轨道倾角为30至50度不等。最靠近土星的卫星和多数规则卫星的轨道倾角则只有不到一度至约1.5度。土卫八例外,其轨道倾角为7.57度。
发现
天文摄影术出现之前,8颗土星卫星纯粹由直接天文望远镜观测发现。最大的卫星土卫六,由克里斯蒂安·惠更斯于1655年发现。土卫三、土卫四、土卫五和土卫八(路易之星)在1671年至1684年间由乔凡尼·多美尼科·卡西尼发现。威廉·赫歇尔于1789年发现了土卫一和土卫二。土卫七于1848年由威廉·邦德、乔治·邦德和威廉·拉塞尔发现。
长时间底片的使用使更多的卫星被发现。土卫九于1966年由威廉·亨利·皮克林首次用这种方法发现。同年,土卫十和土卫十一被观测到,但未被确认,也没人发现其实是一对共轨卫星。
太空船的发现
这幅由卡西尼-惠更斯号拍摄的照片中可以看到4颗卫星:最大的土卫六、下方的土卫四、较小的土卫十六和最小的土卫十三
自从使用了无人太空探测器,人们对外行星的研究发生了巨大的根本性变化。航海家号于1980年到达土星,发现了7颗新卫星,使总数达到17颗。土卫十一被肯定和土卫十是两颗不同的卫星。1990年,土卫十八在航海家号的存档照片中被发现。
卡西尼-惠更斯号于2004年夏到达土星,发现了在土星系内圈的3颗小卫星(土卫三十三、土卫三十四、土卫三十五)和位于F环内的3颗未确认的卫星。2004年11月16日,卡西尼号科学家公布了土星环的结构,表示环内存在更多的卫星,但只有土卫三十五被证实观测到(2005年5月6日确认)。 2007年7月18日,土卫四十九的发现被公布。2008年3月6日,相关人员公布卡西尼号观测到土卫五旁土星磁圈中高能电子的削减,可能是土卫五拥有一个稀疏环系统的证据。 2009年3月3日,G环内的一颗小卫星Aegaeon被公布。
地面的发现
对土星卫星的研究也随着望远镜的进步而越来越方便。整个20世纪,土卫九是唯一一颗已知的不规则卫星。2000年起,人们使用地面天文望远镜发现了30多颗卫星。2000年末开始的一项全面研究发现了13颗新卫星(—包括2003年发现的土卫三十一),它们绕土星的轨道十分遥远,显示它们是土星引力捕获的较大物体的碎片。2005年5月3日,毛纳基山天文台的天文学家们公布了12颗小型外圈卫星。 2006年6月30日,天文学家们公布了他们使用昴星团望远镜发现的9颗小型外圈卫星。 2007年4月13日,土卫五十二被公布。2007年5月1日,S/2007 S 2和S/2007 S 3被公布。
命名备注
有些小行星和土星的卫星有着相同的名称:小行星55(Pandora)、小行星106(Dione)、小行星577(Rhea)、小行星1809(Prometheus)、小行星1810(Epimetheus)和小行星4450(Pan)。
卫星群
界限可能很含糊,土星的卫星被分作10群。
内轨光环和小型规则卫星
A环及F环小卫星
2006年,4颗“小卫星”在卡西尼号拍摄的照片中被找到。 两颗较大的卫星在之前已被发现,位于A环内:土卫十三和土卫三十五。它们足够大,能清除土星环的物质,形成环缝。对比之下,“小卫星”只能够清除极为接近的部分物质,形成不完全的环缝。这条尾随小卫星的痕迹形似飞机螺旋桨,横跨约只有10公里。 这些小卫星体积很小,直径40至500米不等,以致不能被直接观测得到。2007年,150颗小卫星被发现,显示小卫星的轨道是受限于3条细带上(各宽1000米,不到土星环宽度的百分之一),全位于A环内,距离土星中心约130,000公里,免受强密度波的干扰,除了两颗在恩克环缝外的小卫星之外。(然而,其他不受密度波干扰的A环区域却明显不存在小卫星。)这显示它们是大物体碎裂后的碎片。经估计,A环拥有几千个类似的碎片。
相信F环有类似的小卫星。有可能邻近卫星土卫十六造成了这些小卫星和F环核心的撞击,并因此形成“喷射”出的物质。F环小卫星中最大的一颗可能是待确认的S/2004 S 6。 F 环还包含瞬态的 扇形 ,被认为是直径大约1 公里,轨道接近 F 环核心,更小的小卫星所导致的 。
牧羊人卫星
牧羊人卫星是行星环以外或以内公转的卫星。它们有为环塑形的作用:修齐边缘,并制造出环缝。土星的牧羊人卫星有:土卫十八、土卫三十五、土卫十五、土卫十六、土卫十七、土卫五十三和未确认的S/2004 S 4、S/2004 S 6和S/2004 S 3。
共轨卫星
土卫十和土卫十一是一对共轨卫星。它们体积相当,轨道直径相差只有几公里。若两者企图掠过对方,其接近程度足以使两者相撞。然而,它们并没有相撞,而是因引力而每四年一次交换轨道。
土卫五十三及G环
大卫星区域
土星系大卫星未能彻底清除轨道区域,这是太阳系各个卫星系中唯一的:E环弥散在大卫星区域内, 阿尔库俄尼得斯卫星群和土卫七穿行其间,两对特洛依卫星与大卫星共轨,等等。其它卫星系总是大卫星独段轨道,规则小卫星和光环在内圈,不规则小卫星在外围,彻底分开。
内部大卫星及阿尔库俄尼得斯卫星群
最靠近土星的大卫星的轨道位于E环以内。它们包括:
E环
土卫一 :赫歇尔陨石坑是其直径的三分之一,做出“死星”般的外形。土卫一有着显著的椭球形,南北直径较赤道直径短,这是由于土星的引力效应。它是内部大卫星中最轻的一颗,但其引力已足以偏离土卫三十二的轨道。土卫一并没有已知的地质活动。
阿尔库俄尼得斯卫星群 :这三颗卫星运行于土卫一和土卫二之间:土卫三十二、土卫四十九和土卫三十三。它们是土星系中最小的卫星之一。土卫三十二和土卫四十九都拥有很暗淡的光弧。土卫三十三的轨道里也发现了一个很暗的环。
土卫二 是土星内圈卫星中地质活动最激烈的一颗。其南极充满了一条条的裂痕,称为“虎斑”,部分虎斑射出物质,填充E环。它是如今还有地质活动的太阳系天体中最小的一颗,并在南极地区表面下可能存在着液态水。
土卫三 是内圈卫星中第三大的。其最突出的地形便是一个名为奥地修斯的大陨石坑,和一个名为伊萨卡的大型峡谷系统。土卫三现在无任何地质活动。
土卫四 是内圈卫星中第二大的。其密度比最大的内圈卫星土卫五要高。土卫四表面覆盖着一条条亮裂痕。它可能有地质活动,但其规模会比土卫二上的冰冻火山要小得多。
特洛依卫星 :特洛依卫星是土星系特有的。它们在大许多的天体的拉格朗日点上运行,如一颗大卫星或行星。土卫三有两颗特洛依卫星:土卫十三和土卫十四;土卫四也有两颗:土卫十二、土卫三十四。土卫十二是已知最大的特洛依卫星,而土卫三十四有着最不规则的轨道。
土卫五 是土星内圈卫星中最大的。虽然它并没有已知的地质活动,但是它很可能有着一个昏暗的环系统。卡西尼号于2005年掠过的时候,曾在土卫五的希尔球旁探测到电子削减,这可能是因为那里存在着灰尘大小的物质颗粒。土卫五的环系统几乎不可观测,但其密度已足够偏离受土星磁场影响的电子。若此,它将是太阳系中唯一一颗已知拥有环系统的卫星。土卫五的表面布满了撞击坑,还有几条大型土卫四型裂痕,和赤道上可能由稀薄的环造成的暗线。它拥有一个与大的陨石坑,比周边地区要光亮,并可能是土星内圈卫星中观测到的最年轻的陨石坑。
外圈大卫星
以下卫星运行于E环以外:
土卫六 :直径5150公里,是太阳系中第二大的卫星。太阳系所有大型卫星之中,它是唯一一颗拥有稠密大气层的。它也是唯一在表面有大量液体的卫星,其甲烷以液态方式存于北极和南极地区的湖内。土卫六也可能有弱磁场。像木卫二和木卫三般,它也相信存在着地底甲烷和水混合的海洋。土卫六的异步轨道(不是时时刻刻以同一面向着主星)可以解释其地底海洋。
土卫七 是土卫六最邻近的卫星。它小于土卫一,是已知最大的非球体天体之一。土卫七有着怪异的像海绵和褐色表面。它也是唯一有不规则自转的卫星,这表示它没有固定的极点或赤道。
土卫八 是土星卫星中第三大的。它是距离土星较远、轨道倾角最高的大卫星,轨道半径为3,561,300公里,倾角7.5度。土卫八一直以其“阴阳脸”闻名,其前导半球乌黑,后随半球几乎白如冰雪。近30年人们才发现,一个名“赤道脊”的大型山脉正落于较黑区域内,几乎跨越整条赤道。有别于其他大卫星,土卫八运行于土星的磁场外,因此暴露在太阳风中。尽管2007年9月卡西尼号与其距离极近,但其阴阳脸的成因仍然成迷。卡西尼号不被允许在春秋分或冬夏至任务时接近土卫八。
外轨不规则卫星
土星的不规则卫星
不规则卫星是经行星引力捕获的小卫星,拥有大半径、高倾角的轨道,有些逆行公转。它们常被归于撞击群内。目前土星最大的不规则卫星是土卫九,它的数据也是当中最详尽的。
因纽特卫星群
因纽特卫星群包括5颗顺行外圈卫星,有着接近的轨道半径和倾角,能被归为一群。成员为:土卫二十二、土卫二十四、土卫二十、土卫二十九和土卫五十二。
诺尔斯卫星群
诺尔斯卫星群包括29颗逆行外圈卫星,与土星距离相当,可被归为一群。成员为:土卫三十六、土卫三十八、土卫三十九、土卫四十、土卫四十一、土卫四十二、土卫五十一、土卫四十三、土卫四十四、土卫五十、土卫四十五、土卫四十六、土卫二十五、土卫三十一、土卫九、土卫二十七、土卫四十七、土卫四十八、土卫二十三、土卫三十、土卫十九、S/2004 S 7、S/2004 S 12、S/2004 S 13,S/2004 S 17、S/2006 S 1、S/2006 S 3、S/2007 S 2和S/2007 S 3。
高卢卫星群
高卢卫星群包括4颗顺行外圈卫星,轨道半径和倾角接近,能被归为一群。成员为:土卫二十六、土卫三十七、土卫二十八和土卫二十一。
右图显示土星已发现的不规则卫星的轨道。轨道离心率由线段表示,左端为近心点,右端为远心点,轨道倾角为纵轴。横轴之上的为顺行卫星,之下的为逆行卫星。横轴数字单位为亿米(百万公里),表示希尔球(引力影响范围)半径(土星约为65亿米)。顺行:因纽特卫星群和高卢卫星群;逆行:诺尔斯卫星群,两群清晰可见(从上至下)。
备注:已命名卫星标以黄色,未命名卫星S/2004 Sxx(2005和2006年公布)标以白色S/2006 Sxx标以灰色。
列表
以下为土星卫星列表,默认以轨道顺序排列。质量足够大而能坍缩成近球体的卫星以粗体列出。捕捉来的不规则卫星(于土卫八以外),顺行的底色为浅灰,逆行的则为深灰。
未确认卫星
以下天体(由卡西尼号观测到)仍未被正式确认。人们还不清楚它们究竟是真的卫星还是F环中的大块聚集成堆的物质。
理论卫星
以下两颗卫星由两位天文学家分别声称发现,但之后从未被观测到。两者都被称运行于土卫六和土卫七之间,因此有可能它们是同一个物体,而更可能的是,两者根本事实并不存在。
Chiron据称于1861年由赫尔曼·迈尔·萨洛蒙·戈尔德施密特观测到,但无人再次找到这颗卫星。
Themis据称于1905年由威廉·亨利·皮克林观测到,但无人再次找到这颗卫星。直到1960年代,此星仍被列入众多年鉴和天文学书籍中。
参见
各大行星的卫星:地球、火星、木星、天王星、海王星
卫星发现时间列表
卫星命名
参考资料
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