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天象預報

2019/07/10 土星衝

有著美麗光環的土星是許多天文學家踏入天文的叩門磚。這顆行星將於2019/7/10的01:07達到衝的位置,即以地球為中心,太陽和土星在地球兩側、赤經經度相差180的地方。這個位置通常與土星在一個會合周期中最接近地球的位置相去不遠,而因為土星比較接近地球的關係,在地球上觀察時就會顯得比較亮、視直徑比較大,且整夜可見,是最適合觀察這顆行星的時候。不過,也不是只有土星衝時才能觀看土星,基本上,在今年年底之前,都可在傍晚日落後觀察土星,只是過了衝之後的土星,日落後的位置會愈來愈偏西,視直徑愈來愈小,視亮度也會愈來愈暗罷了。

土星。影像版權:耿崇華。

土星在2019/7/10凌晨01:07到達衝的位置,在衝前後,土星是離地球最近,且最亮最大的階段。本次土星衝時,位在人馬座方向,大約在銀河的邊緣,亮度約+0.1等,視直徑為18.4角秒,加上土星環後的視直徑約達42角秒,距離地球約9.03AU。天黑後就出現在東南方,隨時間逐漸西移,整夜都可觀測。

對天文迷來說,觀察土星的重點就是它的光環!只要使用小天文望遠鏡很容易看到。進階的天文迷則可以挑戰卡西尼縫,這是分隔A環和B環間的較暗區域,早在1675年就被卡西尼所發現。觀察土星還有另一個重點—土衛六(泰坦)。泰坦在土星衝時亮度約+8.0等,視直徑約0.8角秒,因此以天文望遠鏡很容易看到呈現出橙色的星點。

今年的土星衝時,亮度比去年的0.0等還要暗一點,這是因為由細小的塵埃與冰粒所組成的土星環的傾角開始慢慢減小,今年所見為24度,能反射的太陽光的面積也將逐漸縮小,所以亮度將慢慢減暗,直到約15年後另一極區傾向太陽的傾角最大時為止。前一次的最大傾角峰值乃是2017-2018年。
 

什麼是「衝」?

衝就是以地球為中心,太陽和外行星在地球兩側、赤經經度相差180的地方,通常是一年中外行星與地球最接近、最大、最亮且整晚都可見到的最佳觀測時機。外行星指公轉軌道在地球軌道以外的行星,包含火星、木星、土星、天王星和海王星,其實公轉軌道在地球軌道以外的其他太陽系小天體如彗星和小行星等也是同理。以下是以木星為例的外行星相對於地球的各特別位置示意動畫。


如何欣賞土星?

最近的土星和木星位置很接近,而且木星剛在6/10通過衝的位置,也恰在最適合欣賞的時期,建議可以一同欣賞。

以肉眼觀察,只能見到星點大小的土星;透過低倍率望遠鏡,可以看到土星本體和像耳朵或杯子把手般的土星環,還有土衛六(泰坦)等比較明亮的衛星;天氣晴朗而穩定時,高倍率望遠鏡中可見土星表面的雲帶特徵、土星環,和將土星環分隔成A、B、C三個主環的卡西尼環縫和恩克環縫等特徵。

臺北天文館第二觀測室每週六晚上19-21時開放利用口徑20公分的望遠鏡觀賞天體,有機會不妨和親朋好友一起來天文館用20公分望遠鏡看看這顆著名的太陽系行星。

2019/7/10晚20:00,土星所在位置及望遠鏡中所見外觀示意圖。
2019/7/10晚20:00的土星外觀及各部位名稱示意圖。

關於土星

土星是離太陽第6近、同時為太陽系中體積和質量都是第2大的行星,質量約為地球的95倍,體積約為地球的763倍,主要組成成分為氣體和冰,擁有62顆衛星,僅次於木星的79顆。由於自轉速度非常快,自轉一圈僅需約10.6小時,使得表面雲層被拉成帶狀,整個土星也呈現扁球體,赤道半徑比兩極半徑多了5900多公里。

土星另一個特徵就是它的密度只有0.7g/cm3,比水的1 g/cm3還要小,換言之:如果宇宙中有個夠大的游泳池,將太陽系八大行星都丟下去後,僅有自備夠大泳圈的土星會浮在水面上,其他行星則都會沈入水底。

可參考:臺北星空天文漫畫篇  68期(帶著呼拉圈的行星—土星之1)69期(帶著呼拉圈的行星—土星之2)71期(帶著呼拉圈的行星—土星之3)
 

關於土星環

太陽系外4顆行星—木星、土星、天王星與海王星都有光環,但在地球上只有土星的光環用小望遠鏡就能觀察。

土星環其實是由許多由冰粒與塵埃構成的細環組成的龐大結構,沿著土星赤道向外延伸,寬度超過114,000公里,相當於地球直徑的8倍之多!然而這麼寬的光環,平均厚度卻僅有20公尺,讓外觀如同光碟片一般。

因為土星環扁而寬的特性,在地球與土星都繞太陽公轉,彼此相對位置一直改變的情況下,光環看起來的模樣也隨之改變,有時甚至因光環恰好薄薄的側面面對地球而發生望遠鏡中看不到光環的「土星環消失事件」。

400多年前的大天文學家伽利略從1610年開始觀察記錄土星,首度發現土星環的存在,可是他看到的光環有時像三個黏在一起的小球,有時像土星長了耳朵,有時則是光環不見了,使他百思不解。下圖是他記錄的1610年(上)與1616年(下)的土星和土星環外觀。
伽利略的1610與1616年的土星手繪紀錄。取自https://attic.gsfc.nasa.gov/huygensgcms/Shistory.htm

直到1659年才由另一位天文學家惠更斯揭開謎底:原來只是因為土星環太薄了,當太陽-地球-土星的相對位置變化時,見到的土星傾角不同,才會造成地球所見的土星環模樣不同。
惠更斯提出的土星環相對於地球的傾角隨地球與土星公轉而改變的概念。取自http://galileo.rice.edu/sci/observations/saturn.html

土星自轉軸與其軌道面有約26.7度的夾角(謂之「赤道傾角」),造成土星環相對於地球的傾角會隨著土星繞太陽公轉而改變;再加上土星軌道面與黃道面(地球平均公轉軌道面)有約2.5地的夾角(謂之「軌道傾角」),這使得土星環相對於地球的傾角在一年之中還會有波浪性的變化。

下圖呈現1970~2050年間的土星環相對於地球的每日傾角隨時間變化,其中傾角0度時,表示土星赤道正對地球,傾角正數者為土星北半球傾向地球,負數者為南半球傾向地球。從圖中可見,今年的土星北極後方的土星環已經被土星本體遮擋。

1970~2050年間的土星環相對於地球的傾角變化。

下方這張1991-2021年各次土星衝的土星外觀圖中,也輕易的比較出土星環傾角造成的視覺差異喔!

1991-2021年各次土星衝時的土星外觀
(編輯/張桂蘭)

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