土星的质量和体积在太阳系的行星中都紧随木星之后，排在第二位。土星的公转周期是29.5年。当它出现在天空中的时候，我们可以很容易把它与其他天体区分开来。因为它的光不会像其他恒星那样闪烁，而是一直稳定的稍微带有红色的光。

土星不是太阳系行星中最明亮的，却是最美丽的，它的光环构成了壮丽的景色。土星不是太阳系中唯一拥有光环的行星，但是其他行星的光环都不能和它的相比。很久以前的观测者都无法解释从望远镜中看到的土星光环到底是怎么回事。伽利略把它比作土星左右对称的把手，可是过一年再观察时，“把手”不见了。现在我们知道不是土星的光环不见了，而是我们的视线与光环所在的平面平行，所以只能看到光环的边，由于它非常薄，导致望远镜中无法看到。无法得知真相的伽利略自然百思不得其解，他认为自己被幻象所蒙蔽了，于是干脆不再观察土星。后来他把观察任务交给了别人来做，之后不久，“把手”再次出现，可是人们还是没有得到答案。直到差不多半个世纪以后，土星光环的真正面目才被既是天文学家也是物理学家的惠更斯揭示。他的解释是，土星光环是一层不和行星表面接触的很薄的平面光环，所在平面与黄道面成一定角度。

土星的结构特点

在物理构成上，土星和相邻的木星有相当多的相似之处。它们的密度都小得惊人，土星的密度还没有水的密度大。还有另一个特点是自转周期很短，土星上的一天只有大约10小时14分钟，不到地球自转周期的一半，但是比木星的一天还要长一些。土星周围像是有云包裹着，而且包裹物在不停地变换形状，这也与木星类似，只是土星的光较暗，看上去有些模糊。土星密度小的原因应该是与木星相同的，它庞大的外形下只有很小一部分是高密度的内核，外层则是被厚厚的大气包裹，好像是一个铁球外面裹了厚厚的棉花，看着很大，实际重量只是中心铁球的重量。

变化中的土星光环

法国的巴黎天文台（Paris Observatory）有着悠久的历史，它于1666年创建，路易十四（Louis XIV）统治期间成为国家的重要科学部门。卡西尼在此观察土星光环时发

现了光环存在环缝，这道环缝被命名为卡西尼环缝。实际上在同一平面上有内外两道光环。后来恩克（Encke）在外面那道光环上又发现了环缝，这道环缝被命名为恩克环缝。但是两道环缝中后者远没有前者清晰。

我们可以通过俯视图来清楚地还原土星光环的各种状态和变化，当然我们从地球看去是永远不可能出现这个角度，如果有一天航天员能飞到土星上空，他会看到的。在图45中，我们看到光环被卡西尼环缝一分为二，外环较窄、内环较宽。在外环上可以看到恩克环缝，只不过找到它要多花一些眼力，恩克环缝比卡西尼环缝模糊许多。可以看到内环越向内，光线越暗淡，再向内可以看到灰暗的边，它被称为“土星暗环（crape ring）”。最先将它展示在世人面前的是哈佛天文台的邦德（Bond）。很长一段时间内，人们认为这是一道独立的光环，但是经过仔细观测和研究证明，在图46中，暗环与外面的环是相连的，而且在相互靠近。

土星光环所在平面与土星轨道平面所成的角度不会因为土星围绕太阳公转而改变，一直保持在27°左右，通过图47可以看到土星的公转轨道。土星到达A点时，从太阳上观察到的是土星光环的北面，到达B点时，土星光环的边可以被观察到，从A点到B点要经过7年。接着土星光环的南面会被观察到，在到达C点时，倾斜角最大，此后光环可以被观察到的面积一点点缩小，到达D点时又是边对着太阳了，接着光环的北面又逐渐呈现。如此往复。

从地球上观察土星与太阳上观察土星没有什么太大差异，因为地球到太阳的距离与土星到太阳的距离比起来显得微不足道。在15年的时间里，我们可以看到土星光环的北面，在中间的第7年，光环与我们视线的成角达到最大，我们能看到的面积也达到最大。随后角度一年比一年小，我们看到的只有光环的边，到第15年，它变成了土星表面的一条线，最细的时候几乎看不到它的存在。接着下一个15年开始，这次我们看到的是光环的南面，15年后又变成一条细线。就这样轮回下去，每30年一个周期。

知道了光环的形状就可以想到不同角度下它应该呈现的姿态。从地球

上观察，光环一直与我们的视线有一个倾角，这个倾角最大的时候也只有27°。所以我们看到的光环的样子一般都和图47中表示的一样。倾角越大，光环对着地球的面积越大，光环的细节也就能够被清楚地看到，连平时非常难观测到的环缝和暗缝此时也能观察得到。这时土星的影子投在光环上看上去像是一条暗缝，而光环也把影子投在土星上，土星上也出现了一条暗条。

光环的组成

土星及其光环呈现此种状态的原因让人们难以解释，因为大家都认为牛顿的经典力学定律应该不仅适用于