太陽系第2大行星-土星，最大的特徵就是土星有像呼拉圈一樣的美麗光環，通常用口徑5公分以上的小望遠鏡就可以觀測到土星環，不過下個月9月4號前後，土星光環因為太陽、地球、土星的相對位置改變，從地球望去土星環將會消失，不過這次土星環消失的觀測條件，並不如上一次，下一次要再見到土星環消失不見則要等到2025年。(林麗玉報導)
台北市立天文教育館表示，土星光環是個非常龐大的結構，寬達250,000公里以上，相當於19.5倍地球直徑，但厚度不足1公里，就像個用紙片剪下的甜甜圈環，放在一顆球周圍一樣，而當地球
與土星環繞太陽公轉的過程中，隨著太陽、地球、土星的相對位置改變，地球上所見的土星光環也會隨之改變，每隔14～15年，也就是土星繞太陽公轉半圈的時間，薄薄的光環恰巧側面朝向
地球，從地球上望去，光環像是消失不見。而9月4號就是每14～15年，一度的土星環消失的日子，這樣的現象一次是發生在1995-1996年，下一次則將在2025年發生。不過今年的土星環側
向地球現象，並不像1995那時容易觀察，主要的原因是土星亮度只有1.1等，幾乎與太陽同方向，黃昏日落後的仰角高度不到10度，手腳必須快一點，才能欣賞到這個少了光環陪襯的土星。另
外由於受限於周邊建築物遮擋，臺北天文館無法觀察到土星光環側向地球的景象，想要觀測的民眾，必須到西邊地平線附近完全無遮擋的地方，利用望遠鏡來觀測。(圖片：北市立天文教育館提供)
土星 卡西尼柏拍攝的土星
土星，為太陽系八大行星之一，至太陽距離（由近到遠）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（類木）巨星。古代中國亦稱之鎮星或填星。
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（黃色）來命名的（按照五行學說即木青、金白、火赤、水黑、土黃）[9]。而其他語言中土星的名稱基本上來自神話傳說，例如在歐美各主要語言（英語、法語、西班牙語、俄語、葡萄牙語、德語、義大利語等）中土星的名稱來自於羅馬神話中的農業之神薩圖爾努斯（拉丁文：Saturnus），其他的還有希臘神話中的克洛諾斯（泰坦族，宙斯的父親，一說其在羅馬神話中即薩圖爾努斯）、巴比倫神話中的尼努爾塔和印度神話中的沙尼。土星的天文學符號是代表農神薩圖爾努斯的鐮刀（Unicode: ♄）。
土星主要由氫組成，還有少量的氦與微痕元素[10]，內部的核心包括岩石和冰，外圍由數層金屬氫和氣體包覆著。最外層的大氣層在外觀上通常情況下都是平淡的，雖然有時會有長時間存在的特徵出現。土星的風速高達1,800公里/時，明顯的比木星上的風快速。土星的行星磁場強度介於地球和更強的木星之間。
土星有一個顯著的環系統，主要的成分是冰的微粒和較少數的岩石殘骸以及塵土。已經確認的土星的衛星有61顆。其中，土衛六是土星系統中最大和太陽系中第二大的衛星（太陽系最大的衛星是木星的木衛三），比行星中的水星還要大；並且土衛六是唯一擁有明顯大氣層的衛星[11]。
物理特性
土星和地球大小的概略比較。
由於它的低密度、高速自轉和流體的可變性，土星的外形呈現為一個橢球體，也就是極軸相對扁平而赤道相對突出，它的赤道直徑和兩極直徑之比相差大約10%（前者120,536公里，後者108,728公里）[3]。其它氣體行星雖然也是橢球體，但突出程度都較小。雖然土星核心的密度遠高於水，但由於存在較厚的大氣層，土星仍是太陽系中唯一密度低於水的行星，它的比重是0.69 公克/公分³。土星的質量是地球的95倍[3]，相較之下木星質量是地球的318倍[12]但直徑只比土星大約20%[13]。
[編輯] 內部構造
雖然只有少量的直接資料，但土星的內部結構仍被認為與木星相似，即有一個被氫和氦包圍著的小核心。岩石核心的構成與地球相似但密度更高。在核心之上，有更厚的液體金屬氫層，然後是數層的液體氫和氦層，在最外層是厚達1,000 公里的大氣層[14]，也存在著各種型態冰的蹤跡。估計核心區域的質量大約是地球質量的9–22倍[15]。土星有非常熱的內部，核心的溫度高達11 700 °C，並且輻射至太空中的能量是它接受來自太陽的能量的2.5倍。大部分能量是由緩慢的重力壓縮（克赫歷程）產生，但這還不能充分解釋土星的熱能製造過程。額外的熱能可能由另一種機制產生：在土星內部深處，液態氦的液滴如雨般穿過較輕的氫，在此過程中不斷地通過摩擦而產生熱[16]。
[編輯] 大氣層
土星外圍的大氣層包括96.3%的氫和3.25%的氦，可以偵測到的氣體還有氨、乙炔、乙烷、磷化氫和甲烷[17]。上層的雲由氨的冰晶組成，較低層的雲則由硫化氫氨（NH4SH）或水組成[18]。相對於太陽所含有的豐富的氦，土星大氣層中氦的豐盈度明顯低得多。
對於比氦重的元素的含量，目前所知不甚精確；但如果假設與太陽系形成時的原始豐盈度是相當的，則可估算出這些元素的總質量是地球質量的19–31倍，而且大部分都存在於土星的核心區域[19]。
[編輯] 雲層
土星的溫度輻射圖：土星南極底部是一個明顯的熱點。
土星的上層大氣與木星相似（在相同定義的前提下），同樣都有著一些條紋；但土星的條紋比較暗淡，並且赤道附近的條紋也比較寬。從底部延展至大約10公里高處，是由水冰構成的層次，溫度大約是-23 °C。在這之後是硫化氫氨冰的層次，延伸出另外的50公里，溫度大約在-93 °C，在這之上是80公里的氨冰雲，溫度大約是-153 °C。接近頂部，在雲層之上200 公里至270 是可以看見的雲層頂端，由數層氫和氦構成的大氣層[20]。土星的風速是太陽系中最高的，航海家計劃的數據顯示土星的東風最高可達500 m/s（1,800 公里/時）[10]。直到航海家探測器飛越土星，比較纖細的條紋才被觀測到。然而從那之後，地基望遠鏡也被改善到在通常情況下都能夠觀察到土星的這些細紋。
土星的大氣層通常都很平靜，偶爾會出現一些持續較長時間的長圓形特徵，以及其他在木星上常常出現的特徵。1990年，哈柏太空望遠鏡在土星的赤道附近觀察到一朵極大的白雲，是在航海家與土星遭遇時未曾看見的，在1994年又觀察到另一朵較小的白雲風暴。1990年的白雲是大白斑的一個例子，這是在每一個土星年（大約30個地球年），當土星北半球夏至的時候所發生的獨特但短期的現象[21]。之前的大白班分別出現在1876、1903、1933和1960年，並且以1933年的最為著名。如果這個週期能夠持續，下一場大風暴將在大約2020年發生[22]。
卡西尼號看見的土星，通過環看見的土星呈現藍色。
來自卡西尼號太空船的最新圖像顯示，土星的北半球呈現與天王星相似的明亮藍色（見下圖）。這種藍色非常可能是由瑞利散射造成的，但因為當時土星環遮蔽住了北半球，因此從地球上無法看見這種藍色。
航海家1號發現北極區的六角形雲彩特徵，並在2006年被卡西尼號太空船証實[23]。
天文學家通過分析紅外線影像發現土星有一個「溫暖」的極地漩渦，這種特徵在太陽系內是獨一無二的。天文學家認為這個點是土星上溫度最高的點，土星上其他各處的溫度是-185 °C，而該漩渦處的溫度則高達-122 °C[24]。
在航海家1號的影像中最先被注意到的是一個長期出現在78°N附近，圍繞著北極的六邊形漩渦[25][26]。不同於北極，哈伯太空望遠鏡所拍攝到的南極區影像有明顯的「噴射氣流」，但沒有強烈的極區漩渦，也沒有「六邊形的駐波」[27]。但是，NASA報告卡西尼號在2006年11月觀測到一個位於南極像颶風的風暴，有著清晰的眼壁[28]。這是很值得注意的觀測報告，因為在過去除了地球之外，沒有在任何的行星上觀測到眼壁雲（包括伽利略號太空船在木星的大紅斑上都未能發現眼壁雲）[29]。
在北極的六邊形中每一邊的直線長度大約是13 800 公里，整個結構以10h 39 m 24s自轉，與行星的無線電波幅射週期一樣，這也被認為是土星內部的自轉週期。這個六邊形結構像大氣層中可見的其他雲彩一樣，在經度上沒有移動。
這個現象的規律性的起源仍在猜測之中，多數的天文學家認為是在大氣層中某種形式的駐波，但是六邊形也許是一種新型態的極光。在實驗室的流體轉動桶內已經模擬出了多邊型結構[30]。
[編輯]磁層
土星有一個簡單的具有對稱形狀的內在磁場——一個磁偶極子。磁場在赤道的強度為0.2 高斯（20 µT），大約是木星磁場的20分之一，比地球的磁場微弱一點[31]；由於強度遠比木星的微弱，因此土星的磁層僅延伸至土衛六軌道之外[32]。磁層產生的原因很有可能與木星相似——由金屬氫層（被稱為「金屬氫發電機」）中的電流引起[32]。與其他的行星一樣，土星磁層會受到來自太陽的太陽風內的帶電微粒影響而產生偏轉。衛星土衛六的軌道位於土星磁層的外圍，並且土衛六的大氣層外層中的帶電粒子提供了電漿體[31]。
[編輯]軌道和自轉
六邊型雲彩特徵的動畫。
土星和太陽的平均距離超過了1 400 000 000 公里（9天文單位），軌道上運行的平均速度是9.69 公里/秒[3]，所以土星上的一年（即土星繞太陽公轉一周）相當於10 759個地球日（或是28.5地球年）[3]。土星的橢圓軌道相對於地球軌道平面的傾角為2.48°[3]，因為離心率為0.056，因此土星與太陽在近日點和遠日點（行星在軌道路徑上與太陽最近和最遠的兩個點）之間的距離變化大約為155 000 000 公里[3]。
土星可見的特徵（如六邊型雲彩）的自轉速率根據所在緯度的不同而有所不同，各個的區域的自轉周期如下：「系統 I」的週期是10 h 14 min 00 s（844.3°/d），包含的是赤道區域，從南赤道帶的北緣延伸至北赤道帶的南緣；其他的緯度都屬於週期為10 h 39 min 24 s （810.76°/d）的「系統 II」；基於航海家飛越土星時發現的無線電波，「系統 III」的週期為10 h 39 min 22.4 s（810.8°/d）；因為與系統 II非常接近，它可以很大程度上替代系統 II。
然而，精確的內部周期仍然未能確定。卡西尼太空船在2004年接近土星時，發現無線電的週期又有可察覺的增加，達到10 h 45 m 45 s（± 36 s）[33]。造成變化的原因仍不清楚，但這種變化被認為是由於無線電的來源在土星內部不同的緯度上運動而改變了自轉週期，而不是出自土星本身自轉週期上的變化。
而後，在2007年，無線電發射被發現沒有跟隨著行星一起旋轉，而可能是由電漿體圓盤的對流造成的，它也與除了行星的自轉之外的其他因素有關。有報導指出，這種測量到的自轉週期的變化也許是由土星衛星土衛二上的噴泉活動造成的。由這種活動而散佈進入土星軌道的水蒸氣被電離，從而影響了土星的磁場，使得磁場的旋轉速度相對於土星的自轉被稍稍降低。目前還沒有方法可以直接測定土星核心的自轉速率[34][35][36]
在2007年9月的報告中，根據各種測量結果（包括卡西尼、航海家和先鋒號的報告）綜合而得的對土星自轉的最後估計值是10小時32分35秒[37]。
[編輯]土星環
土星環是太陽系中最引人注目的景象（這張影像是卡西尼太空船在2007年拍攝的）[14]。
土星最為人知的莫過於它的行星環系統了，土星環被認為是太陽系內所觀察到的令人印象最深刻的景觀[14]。
[編輯] 歷史
土星因為它美麗的行星環而出名，它也是最早被發現具有光環的行星。土星環首先被伽利略在1610年7月用他自製的望遠鏡觀察到了，但因為望遠鏡成象不好，他並沒有意識到這是一個環。他在寫給托斯卡納大公的信上說到：「土星不是單一的個體，它由三個部份組成，這些部分幾乎都互相接觸著，並且彼此間沒有相對的運動，它們的連線是與黃道平行的，並且中央部份（土星本體）大約是兩側（環的邊緣）的三倍大」。他也把土星描述成是有「耳朵」的。在1612年，土星環以側面朝向地球，因此看起來似乎是消失不見了，伽利略因此而感到困惑不解，「是土星吞掉了它的孩子？」（指的是神話中，農神為了防止他們的子孫造反奪權，會吃掉自己的孩子）[38]。然後，在1613年他又再次看見了環，這使伽利略更加困惑[39]。
在1655年，克里斯蒂安·惠更斯觀測到完整的土星環，他使用了一個比在伽利略時代能得到強大得多的望遠鏡。惠更斯觀測土星並寫道：「它（土星）被一個薄且平坦的環環繞著，環與土星沒有接觸，並且相對黃道傾斜。」[39]
在1675年，喬凡尼·卡西尼確定土星環由許多較小的環組成，中間並且有縫存在著，其中最明顯的環縫在不久之後被命名為卡西尼縫。卡西尼縫存在於A環和B環之間，寬度有4800 公里[40]。
在1859年，詹姆斯·克拉克·麥克斯韋提出土星環不可能是固體的，否則將會因為不穩定而碎裂。他認為環是由為數眾多的小顆粒組成的，每個顆粒都獨立地環繞著土星運行[41]。透過光譜學的研究，立克天文台的詹姆斯·基勒在1895年證實了麥克斯韋的理論。
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