土星的轨道,土星一年多长?

土星,为太阳系八大行星之一,至太阳距离位于第六、体积则仅次于木星。并与木星、天王星及海王星同属气体巨星。古代中国亦称之填星或镇星。 土星是中国古代人根据五行学说结合肉眼观测到的土星的颜色来命名的。 

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太阳系中的每个行星都需要一定的时间才能绕太阳一周。在地球上,这个周期是365.25天 – 我们称之为一年。当涉及到其他行星时,我们把这个周期称为它们的轨道周期。在许多行星上,由于它们与太阳的距离,这个一年可以持续很长的时间!

考虑一下土星,它绕太阳运行的距离约为9.5AU,即地球与太阳之间距离的九倍半。正因为如此,绕太阳运行的速度也相当慢。结果,土星的一年平均持续时间约为地球上的二十九年半。在此期间,行星天气系统发生了一些有趣的变化。

轨道时期:

土星绕太阳运行的平均距离(半长轴)为14.29亿公里(8.879亿英里;9.5549天文单位)。由于它的轨道是椭圆形的,偏心率为0.05555,它与太阳的距离最近(近日点)为13.5亿千米(8.388亿英里;9.024天文单位),最远处(远日点)为15.09亿千米(10.086天文单位)。

图表显示的是太阳外行星轨道,土星的轨道用黄色表示。Credit: NASA

土星平均轨道速度为9.69公里/秒,它需要29.457地球年(或10,759地球日)才能在太阳周围完成一次公转。换句话说,土星一年的持续的时间长达地球上29.5年。然而,土星也只需要10个半小时(10小时33分钟)就可以自转一次。这意味着在土星上的一年有约24,491个土星日。

正因为如此,我们从地球上看到的土星环随着时间而变化。在它轨道的某一点,土星环看起来最宽。但是当它继续绕太阳运行时,土星环的角度会减小,直到它们完全从我们的视野中消失。这是因为我们正对环的边缘。几年后,我们的角度改变了,又可以看到美丽的环系统。

轨道倾斜和轴向倾斜:

关于土星的另一个有趣的事情是,它的轴线偏离黄道平面。本质上,它的轨道相对于地球的轨道平面倾斜2.48°。它的轴线也相对于太阳的黄道倾斜26.73°,这与地球的23.5°倾斜相似。其结果就是土星和地球一样在会轨道周期内经历季节变化。

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

季节变化:

在它的一半轨道上,土星的北半球比南半球受到更多的太阳辐射。在另一半的轨道上,情况相反,南半球比北半球受到更多的阳光。这造就了一个依赖于土星所处轨道部分的风暴系统。

对于土星来说,高层大气中的风速可以达到赤道地区每秒500米(每秒1600英尺)的速度。有时会出现大型土星风暴,类似于木星上常见的风暴。类似木星拥有的大红斑,土星会周期性地出现所谓的大白斑。

这个独特而短命的现象在北半球夏至时期的每一个土星年发生一次。这些地方可能有数千公里宽,过去曾多次出现过,分别是1876年,1903年,1933年,1960年和1990年。

自2010年以来,观测到一大群被称为北极静电扰动的白云,卡西尼太空探测器发现了这个白云。考虑到这些风暴的周期性,预计在2020年发生另一次,恰好与土星在北半球的下一个夏季相吻合。

土星北半球大气层的巨大风暴,美国宇航局的卡西尼号航天飞机拍摄的真彩色,视图中风暴环绕着土星。mage credit: NASA/JPL-Caltech/SSI

同样,季节变化也会影响到土星北部和南部极地地区存在的大型天气系统。在北极,土星呈六角形波浪,直径约3万公里,六面各约13,800公里(8,600公里)。持续的风暴可以达到每小时约322公里(200英里)的速度。

根据卡西尼探测器在2012年至2016年期间拍摄的图像,风暴似乎经历了与夏至的趋势相一致的颜色变化(从蓝灰色到金棕色)。这源于日照增加,大气中光化学雾度的增加。

同样的,在南半球,哈勃太空望远镜拍摄的图像也表明存在大量急流。这场风暴与轨道上的飓风相似,有明确的眼墙,可以达到550公里/小时(342英里/小时)的速度。就像六角形的北方风暴一样,南部的风暴也随阳光照射而增加的变化。

图像在这个自然的彩色图像上做了一个漂亮的条纹装饰,显示了它的北极六边形和中央旋涡。 (Credit: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute)

2007年,卡西尼捕捉到的南极地区图像,恰逢南半球的深秋。当时,极地地区变得越来越“雾霾”,北极地区变得越来越清晰。有人认为,其原因是太阳光的减少导致了甲烷云层的形成。

据此推测,随着各自的半球接近冬至,极地地区越来越被甲烷云遮蔽,接近夏至时更加清晰。而中纬度地区的太阳辐射暴露量的增加/减少也会出现变化。

就像一年的时间长度一样,我们了解土星很少,这与它距离太阳远的有很大关系。总之,很少有星际探索能能深入研究它,而一年的周期也意味着探索难以见证这个星球所经历的所有季节变化。不过,我们的发现相当可观!

参考资料


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