土星的卫星

title: 发现.
title: 早期观测.
content: 在望远镜摄影技术被发明之前,天文学家利用光学望远镜直接观测土星,发现了八颗卫星。1655年,克里斯蒂安·惠更斯用他自己设计的57毫米物镜折射望远镜,发现了土星最大的卫星——土卫六。乔凡尼·多美尼科·卡西尼在1671年至1684年间发现土卫三、土卫四、土卫五和土卫八(统称为「路易之星」,)。威廉·赫歇尔在1789年发现土卫一和土卫二。威廉·邦德和乔治·邦德在1848年共同发现土卫七,威廉·拉塞尔亦于同年独自发现土卫七。  后来,天文学家利用长时间曝光底片,又发现了更多的卫星。威廉·亨利·皮克林最早在1899年用这种技术发现土卫九。1966年,奥杜安·多尔菲斯趁土星位于分点,即土星环平行于视线时,进行观测,发现了土卫十。若干年后,科学家发现,要完全解释1966年的观测数据,一定还存在着另一颗轨道与土卫十相似的卫星,这就是土卫十一。土卫十一与土卫十在同一个轨道上公转,这种共轨卫星关系在太阳系中是绝无仅有的。天文学家在1980年通过地面观测又发现土卫十二、土卫十三和土卫十四,之后经旅行者号飞船证实。土卫十二是土卫四的特洛伊卫星,土卫十三和土卫十四则是土卫三的特洛伊卫星。
title: 太空船观测.
content: 自从使用了无人太空探测器,人们对外行星的研究发生了根本性的变化。旅行者计划太空船抵达土星后,在1980至81年间发现了三颗卫星:土卫十五、土卫十六和土卫十七。此外,旅行者号还证实了土卫十和土卫十一是两颗不同的卫星。1990年,科学家又在旅行者号的档案照片中发现土卫十八。  卡西尼-惠更斯号于2004年夏到达土星,发现了位于内圈的三颗小衞星(土衞三十二、土衞三十三和土衞三十四)和位于F环内的三颗未确认的衞星。2004年11月,参与卡西尼计划的科学家宣布,土星环的结构显示,在环以内还存在多个卫星,但当时拍摄到的只有其中一颗(土卫三十五)。2007年,土卫四十九被发现。2008年,卡西尼号探测到土星磁层高能电子在土卫五附近有削弱的现象,意味着土卫五可能拥有一个稀疏的环系统。科学家在2009年3月发现位于G环内的小卫星——土卫五十三,并于同年7月首次发现B环内的小卫星——S/2009 S 1。2014年4月,科学家宣布在A环内有新卫星形成的迹象。
title: 地面观测.
content: 随着望远镜技术的提升,对土星卫星的观测研究也变得越来越简单,其中起到最大作用的莫过于取代了照相底片的数码感光耦合元件。在整个20世纪期间,土卫九是唯一一颗为人所知的不规则轨道卫星。然而自从2000年起,天文学家利用地面望远镜陆续发现了三十多颗不规则卫星。三座中等大小望远镜从2000年末开始进行观测,一共发现了13颗卫星,其轨道距离土星遥远,离心率高,与土星赤道和黄道平面的倾角都非常高。这些卫星都很可能是某个更大的天体在被土星引力捕获后解体而成的碎片。2005年,毛纳基山天文台的科学家宣布发现12颗外圈小卫星。天文学家利用8.2米昴星团望远镜,在2006年宣布发现9颗不规则卫星。2007年,土卫五十二(S/2007 S 1)、S/2007 S 2和S/2007 S 3陆续被发现。2019年,天文学家宣布又发现了20颗不规则卫星,使土星卫星总数自2000年来首次超越木星。  土星的82颗卫星之中,有一些在被发现之后就未再被观测到,以致无法从轨道数据推算目前的确切位置,这些卫星被称为迷踪卫星。天文学家在2009年以后的观测当中已成功寻回不少迷踪卫星,但仍有五颗(S/2004 S 13、S/2004 S 17、S/2004 S 12、S/2004 S 7及S/2007 S 3)至今下落不明。
title: 命名.
content: 天文学界现用的土星卫星命名法,可追溯至约翰·赫歇尔于1847年提出的方案:土星(在欧洲以罗马神话中的农业之神撒顿努斯,相等于希腊神话中的格罗诺斯,为名)的所有卫星均以与撒顿努斯相关的神话人物命名。当时已知的七颗卫星都取名于泰坦或癸干忒斯(格罗诺斯的兄弟姐妹)1848年,威廉·拉塞尔提出把第八颗卫星命名为海柏利昂,泰坦的又一员。到了20世纪,十二名泰坦均以用尽,科学家就转向古希腊罗马神话的其他神祗或其他神话传统中的巨神。除以泰坦菲比命名的土卫九以外,其余所有不规则卫星均以北欧神话中的冰巨神以及因纽特神话和凯尔特神话人物命名。  某些小行星与土星的卫星有着相同的名称:小行星55(祸神星,Pandora)、小行星106(坤神星,Dione)、小行星577(母神星,Rhea)、小行星1809(Prometheus)、小行星1810(Epimetheus)和小行星4450(Pan)。此外还有两颗曾经与土星卫星有相同名称的小行星,后经国际天文联会决议用不同拼写与土星卫星相互区分开来:小行星53(岛神星,Kalypso)和小行星101(拐神星,Helena)。
title: 大小.
content: 土星卫星系统的质量分布极不均匀,在围绕土星公转的物质当中,96%以上的质量都集中在土卫六。另外六颗近球体卫星共占4%,其余75颗小卫星,再加上土星环,只占0.04%。
title: 卫星群.
content: 尽管没有确切的界定标准,土星的卫星还是可以根据轨道特征分为十个卫星群。包括土卫十八和土卫三十五在内的不少卫星在土星环以内公转,其公转周期比土星的自转周期稍长。最内圈卫星以及大部分规则卫星的轨道倾角都在1.5°以下(土卫八除外:土卫八的轨道倾角为7.57°),轨道离心率也较低。最外圈不规则卫星(特别是诺尔斯卫星群)的轨道半径为数百万公里,公转周期可长达几年。诺尔斯卫星群的轨道方向甚至与土星的自转方向相反。
title: 环小卫星.
content: 2009年7月,天文学家在从土星B环上的阴影,在环外沿480公里以外的地方发现了直径约为300米的小卫星S/2009 S 1。和A环小卫星(见下文)不同的是,S/2009 S 1并没有在环上产生螺旋桨结构,这可能和B环的密度有关。 2006年,天文学家在卡西尼号所拍摄的A环照片中发现了四颗小卫星。在此之前,在A环缝内公转的已知卫星只有体积更大的土卫十八和土卫三十八。这两颗卫星的质量足以在环上扫出一条缝。相比之下,小卫星只能够在其附近区域清除出两条约10公里宽的缝,形似飞机螺旋桨。小卫星的直径在40至500米之间,无法直接观测。2007年,天文学家又发现了150颗小卫星。除了两颗位于恩克环缝内的小卫星以外,这些小卫星都集中在A环内的三条窄带以内,轨道半径在126,750至132,000公里之间。每条缝宽约一千公里,不足土星环总宽度的1%。该区域不受更大卫星的轨道共振效应所影响,然而A环内其他同样不受轨道共振效应影响的区域却不含任何小卫星。这些小卫星可能是某颗大卫星解体后的碎片。天文学家估算,A环中有七千至八千个大于800米的螺旋桨缝,大于250米的则数以百万计。  F环内也有可能存在类似的小卫星。F环附近的土卫十六可扰动环内的小卫星,使它们互相碰撞,形成天文学家在F环内所观测到的喷射物质。最大的F环小卫星可能是有待确认的S/2004 S 6。F环内还有短暂出现的扇状结构,这可能是由直径约1公里的小卫星所致。  土卫五十三位于G环的环弧内,与土卫一处于7:6平均运动轨道共振状态,也就是说,当土卫五十三公转七周时,土卫一正好公转六周。土卫五十三是G环中产生尘埃的最大天体。  2014年4月,科学家宣布在A环内有新卫星形成的迹象。
title: 牧羊卫星.
content: 牧羊卫星是在环系统内或附近公转的卫星。这类卫星有塑造环的形状的作用:它们会使环的边缘更为鲜明,或产生环缝。土星的牧羊卫星有:恩克环缝内的土卫十八、基勒环缝内的土卫三十五、A环内的土卫十五以及F环内的土卫十六和土卫十七。这些卫星和共轨卫星(见下文)都很可能是松碎物质积累在密度更高的核心而成。核心的大小约为卫星目前大小的三分之一至二分之一,本身可能是更大的卫星解体后的碰撞碎片。
title: 共轨卫星.
content: 土卫十和土卫十一是太阳系中唯一一对共轨卫星。它们体积相近,土卫十比土卫十一稍大。两者轨道半长轴只有几公里之差,如果相互掠过的话,就会相撞。不过事实上,引力作用使得两者的轨道每四年交换一次。
title: 内圈大卫星.
content: 在松散的E环以内,有内圈大卫星和阿尔库俄尼得斯卫星群的三颗较小的卫星。
title: 阿尔库俄尼得斯卫星群.
content: 在土卫一和土卫二轨道之间,有三颗小卫星:土卫三十二、土卫四十九及土卫三十三。它们以希腊神话中的阿尔库俄尼得斯仙女命名。土卫三十二和土卫四十九的轨道上都有不完整的暗环,土卫三十三轨道上则有完整的环。这三颗卫星中,只有土卫三十二有近距离照片,可见它呈卵形,几乎没有任何撞击坑。
title: 特洛伊卫星.
content: 特洛伊卫星为土星卫星系统所特有,这些卫星位于一颗比它们大得多的卫星的L或L拉格朗日点。L位于大卫星轨道的前方,L则位于其后方。土卫三共有两颗特洛伊卫星:土卫十三(前方)和土卫十四(后方);土卫四也有两颗:土卫十二(前方)和土卫三十四(后方)。土卫十二是特洛伊卫星之中最大的一颗,土卫三十四则是最小的,轨道也最为混沌。这几颗卫星都被铺上了一层尘埃物质,其表面因而非常光滑。
title: 外圈大卫星.
content: 以下卫星的轨道均位于E环以外:
title: 不规则卫星.
content: 不规则卫星指的是轨道半径长、倾角高的小卫星,其中有不少绕土星逆行公转。科学家相信,不规则卫星是土星引力捕获而来的太阳系小天体,往往可归为不同的碰撞家族。这些卫星都非常细小,无法直接利用望远镜观测,也无法量度准确的尺寸和反照率,但反照率一般估计和土卫九相近,约为6%。不规则卫星的可见光及近红外线光谱的主要特征为水的吸收谱带。它们没有特别的颜色,或偏红色,与C型、P型和D型小行星相似,但比红色凯伯带天体更淡。
title: 因纽特卫星群.
content: 因纽特卫星群由七颗位于外圈的顺行卫星所组成:土卫二十、土卫二十二、土卫二十四、土卫二十九、土卫五十二、S/2004 S 29及S/2004 S 31,其中土卫二十九最大,直径约为40公里。它们离土星的距离(186至297个土星半径)、轨道倾角(45°至50°)、颜色都十分相近,故归为一群。
title: 高卢卫星群.
content: 高卢卫星群由四颗位于外圈的顺行卫星所组成:土卫二十一、土卫二十六、土卫二十八及土卫三十七,其中土卫二十六最大,直径约为32公里。它们离土星的距离(207至302个土星半径)、轨道倾角(35°至40°)、颜色都十分相近,故归为一群。另外,S/2004 S 24也有可能属于高卢卫星群,但要确切归类,仍有待更进一步观测。在土星顺行卫星之中,S/2004 S 24是最遥远的。
title: 诺尔斯卫星群.
content: 诺尔斯卫星群(又称土卫九卫星群)由46颗位于外圈的逆行卫星所组成:土卫九、土卫十九、土卫二十三、土卫二十五、土卫二十七、土卫三十、土卫三十一、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、土卫四十三、土卫四十四、土卫四十五、土卫四十六、土卫四十七、土卫四十八、土卫五十、土卫五十一以及25颗未命名卫星。土卫九的体积最大,第二大的土卫十九直径只有18公里。诺尔斯卫星群可能还能细分为若干个卫星群。
title: 列表.
title: 已证实的卫星.
content: 以下为土星衞星列表,默认以公转周期从短到长排列(即半长轴从小到大排列)。质量足够大而能坍缩成近球体的衞星以粗体标示,不规则卫星则以红色、橙色和灰色背景标示。
title: 有待确认的卫星.
content: 以下由卡西尼号所探测到的天体还没有被证实是完整的实体。它们有可能是F环中持久不散的一团团松散物质。  另外,历史上曾有两位天文学家分别宣称在土卫六和土卫七轨道之间发现新卫星,但这些卫星自此就未再被见到过。
title: 暂时性卫星.
content: 不时会有小行星和彗星靠近土星,甚至被土星的引力捕获。P/2020 F1 (Leonard)彗星曾经在1936年5月8日靠近土星,达到公里的距离。这比土卫六的轨道还要接近土星,其轨道离心率也只有。在这之前,该彗星有可能是土星的一颗暂时性卫星,但由于除引力以外的力十分复杂,科学家还不能确定它是否曾经是暂时性卫星。
title: 形成.
content: 科学家相信,土卫六、中等大小卫星以及土星环的形成过程与木星的伽利略卫星相似,但细节有待进一步研究确定。有理论提出,曾经还存在第二颗大小和土卫六相当的卫星,在解体之后形成环和位于内圈的中等大小卫星。也有理论主张,两颗大卫星碰撞后融合形成土卫六,碰撞期间所散开的冰质碎片则成为了今天的中等大小卫星。2014年6月23日,美国太空总署宣布有强烈证据指出,土卫六大气层中的氮气并非最初形成土星的物质,而是源自欧特云中的彗星。从土卫二的地质活动以及土卫三、四、五在过去没有长期轨道共振的迹象,可推算土卫六轨道内侧的卫星年龄可能只有一亿年。

Summary: 土星的卫星繁多,大者有比水星更大的土卫六,小者有不足一百米宽的小卫星。土星共有82颗轨道已得到证实而又没有混进环内的自然卫星,其中直径超过50公里的只有13颗;除此之外,还有上百万颗微型卫星以及由无数细小颗粒所组成的土星环系统。有七颗卫星的质量足够大,其重力足以使其坍缩成近球体形状,不过只有土卫六达到流体静力平衡状态(土卫五也有可能)。土星的某些卫星有着独一无二的特殊地理。土卫六是太阳系第二大卫星(仅次于木卫三),而且有着类似于地球的氮大气层、液态碳氢化合物的湖泊、河流和降雨。土卫二的南极地区会喷射出气体和尘埃,其表面之下很可能有液态水海洋。土卫八的表面则分为黑白两个半球,颜色呈鲜明对比。