大气组成
土星外围的大气层包括96.3%的氢和3.25%的氦,可以侦测到的气体还有氨、乙炔、乙烷、磷化氢和甲烷。
上层的云由氨的冰晶组成,较低层的云则由硫化氢铵(NH?HS)或水组成。
相对于太阳所含有的丰富的氦,土星大气层中氦的丰盈度明显高很多。对于比氦重的元素的含量,如今所知不甚精确;但如果假设与太阳系形成时的原始丰盈度是相当的,则可估算出这些元素的总质量是地球质量的19-31倍,而且大部分都存在于土星的核心区域。
云层
土星的上层大气与木星相似(在相同定义的前提下),同样都有着显而易见的条纹;但土星的条纹比较幽暗,并且赤道附近的条纹也比较“幽色”。
从底部延展至大约10千米高处,是由水冰构成的层次,温度大约是-23℃。在这之后是硫化氢氨冰的层次,延伸出另外的50千米,温度大约在-93℃,在这之上是80千米的氨冰云,温度大约是-153℃。接近顶部,在云层之上200~270千米是可以看见的云层顶端,由数层氢和氦构成的大气层。
土星的风速是太阳系中最高的,旅行者号的数据显示土星的东风最高可达500ms(1800千米时)。直到旅行者探测器飞越土星,比较纤细的条纹才被观测到。然而从那之后,地基望远镜也被改善到在通常情况下都能够观察到土星的这些细纹。
土星的大气层通常都很平静,偶尔会出现一些持续较长时间的长圆形特征,以及其他在木星上常常出现的特征。
1990年,哈勃太空望远镜在土星的赤道附近观察到一朵极大的白云,是在旅行者号探测器与土星遭遇时未曾看见的,
1994年又观察到另一朵较小的白云风暴。1990年的白云是大白斑的一个例子,这是在每一个土星年(大约30个地球年),当土星北半球夏至的时候所发生的独特但短期的现象。
之前的大白斑分别出现于1876、1903、1933和1960年,并且以1933年的最为着名。如果这个周期能够持续,下一场大风暴将在大约2020年发生。来自卡西尼号探测器的最新图像显示,土星的北半球呈现与天王星相似的明亮蓝色。这种蓝色非常可能是由瑞利散射造成的,但因为当时土星环遮蔽住了北半球,因此从地球上无法看见这种蓝色。
天文学家通过分析红外线影像发现土星有一个“温暖”的极地漩涡,这种特征在太阳系内是仅有的。天文学家认为这个点是土星上温度最高的点,土星上其他各处的温度是-185°C,而该漩涡处的温度则高达-122°C。
极地风暴
旅行者1号的影像中最先被注意到的是一个长期出现于北纬78°附近,围绕着北极的六边形漩涡。
不同于北极,哈勃太空望远镜所拍摄到的南极区影像有明显的“喷射气流”,但没有强烈的极区漩涡,也没有“六边形的驻波”。但是,NASA报告卡西尼号在2006年11月观测到一个位于南极像飓风的风暴,有着清晰的眼壁。这是很值得注意的观测报告,因为在过去除了地球之外,没有在任何的行星上观测到眼壁云(包括伽利略号探测器在木星的大红斑上都未能发现眼壁云)。
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