第二節宇宙科學探索（1）
150億年前的宇宙大爆炸誕生了宇宙，宇宙開始膨脹，並慢慢變冷，孕育了包括我們在內的太陽係。科學家預言，不用50億年，太陽開始諑漸膨脹並慢慢消亡，使太陽係陷入永恒的寒冷和黑暗之中。因此，要想在太陽係外尋找人類新的住所，就必須先對我們的太陽係有足夠的了解。
太陽係起源之謎
因為太陽同人類的關係太密切了，所以兩個多世紀以來，許多傑出的思想家都探討過太陽係的起源。關於太陽係的起源問題，200年來因為沒有一種權威說法，因此人們提出了一種又一種假說，累計起來，已經有40種之多，但其中影響比較大的，主要有以下幾種觀點。
災變學說：這個學說的首創者是法國的布封。20世紀前50年，又有一些人相繼提出太陽係起源於災變。這個學說認為太陽是先形成的。在一個偶然的機會中，一顆恒星(或彗星)從太陽附近經過(或撞到太陽上)，它把太陽上的物質吸引出(或撞出)一部分。這部分物質後來就形成了行星。根據這個學說，行星物質和太**質應源於一體。它們有“血緣”關係，或者說太陽和行星是母子關係。他們都把太陽係起源歸結為一次偶‘然撞擊事件，而不是從演化的必然規律去進行客觀的探討，因為銀河係中行星係是比較普遍的，太陽係絕不應是唯一的行星係，隻有從演化的角度去探求才有普遍意義。就撞擊來說，小天體如果撞擊到太陽上，它的質量太小，不可能把太陽上的物質撞出來，小天體必被太陽吞噬掉。1994年彗星撞擊木星就是極鮮明的例證。21塊彗核對木星發起連續的攻擊，在木星表麵僅引起小小一點漣漪，消化掉的是彗星。如果說恒星與太陽相撞，這種幾率就更小了。因此，曾提出災變學說的一些人，後來也自動放棄了原有的觀點。
星雲說：這種觀點首先由德國偉大哲學家康德提出來，幾十年以後，法國著名數學家拉普拉斯又獨立提出了這一問題。他們認為，整個太陽係的物質都是由同一個原始星雲形成的，星雲的中心部分形成了太陽，星雲的外圍部分形成了行星。然而康德和拉普拉斯也有著明顯差別，康德認為太陽係是由冷的塵埃星雲的進化性演變，先形成太陽，後形成行星。拉普拉斯則相反，認為原始星雲是氣態的，且十分灼熱，因其迅速旋轉，先分離成圓環，圓環凝聚後形成行星，太陽的形成要比行星晚些。盡管他們之間有這樣大的差別，但是他們大前提是一致的，因此人們便把他們捏在一起，稱“康德——拉普拉斯假說”。
俘獲學說：這個學說認為太陽在星際空間運動中，遇到了一團星際物質。太陽靠自己的引力把這團星際物質捕獲了。後來，這些物質在太陽引力作用下加速運動。類似在雪地裏滾雪球一樣，由小變大，逐漸形成了行星。根據這個學說，太陽也是先形成的。但是，行星物質不是從太陽上分出來的，而是太陽捕獲來的。它們與太**質沒有“血緣”關係，隻是“收養”關係。
盡管各種假說都有充分的觀測、計算和理論根據，也都有致命的不足，所以一直也沒有一種被普遍接受的假說。太陽係在等待著新的假說。
太陽係年齡之謎
基督教的經典《聖經》中記載了上帝創造出世界的過程：上帝說“要有光”，於是宇宙中就充滿了光明；之後上帝認為“要有日月星辰”，天空中就出現了太陽、月亮和群星；此後上帝又創造出人類的鼻祖——亞當和夏娃，以及形態各異的動植物。宗教中的創世紀從科學的觀點看是有正確之處的，比如說先出現了日月星辰，然後生物才開始出現並繁衍、演化。無神論者對上帝創造宇宙最有名的批駁是：為什麽在日月星辰這些發光體誕生前光就存在了?光是誰發出的?科學與宗教的論戰是相當有趣的，從根本上講誰都無法完全駁倒對方，因為科學講究論點要有充足的論據支持，而宗教首先要求人們相信它的論點。我們現在要談論的“創世紀”——太陽係的形成，是從科學的角度來看問題的。
任何想對太陽係起源的解釋都回避不了一個問題：太陽係的年齡究竟有多大?我們知道，樹的年齡可以從年輪的條紋數來確定，馬的年齡可以從它們的牙齒來數出，如果太陽係中也存在與上述類似的有助於確定其年齡的某些標誌或跡象，我們就能夠得到太陽係的年齡。顯然，太陽係的年齡要比最老的樹還要老許多，我們需要新的方案。
太陽活動之謎
太陽表麵的活動現象非常複雜，也相當豐富多彩。太陽大氣就像汪洋大海，**漾起伏的漣漪微波接連不斷，洶湧澎湃的驚濤駭浪也頻繁出現。
1．太陽黑子
在各種日麵活動現象中，太陽黑子是最基本的，也是最容易發現的。明亮的太陽光球表麵，經常出現一些小黑點，這就是太陽黑子。我國的古書中有很多關於太陽黑子的記載。漢初《淮南子·精神訓》中記有“日中有蹲烏”，意思是太陽上麵有一隻三隻腳的烏，這三足烏指的就是黑子。《漢書·五行誌》中對黑子的記載更明確了：“日出黃，有黑氣，大如錢，居日中。”這是得到公認的世界上最早的黑子記錄。在西方，著名的德國天文學家開普勒(1571～1630年)在1607年時看見了黑子，但他不敢相信太陽上還會有暗黑的斑點而誤認為是水星淩日了。1611年，意大利物理學家、天文學家伽利略(1564一1642年)使用望遠鏡才確認了太陽黑子的存在。
黑子的大小相差很懸殊，大的直徑可達20萬千米，比地球的直徑還要大得多，小的直徑隻有1000千米。較大的黑子經常是成對出現，並且周圍還常常伴有一群小黑子。黑子的壽命也很不相同，最短的小黑子壽命隻有兩三個小時，最長的大黑子壽命大約有幾十天。黑子的數目有時多，有時少。黑子大量出現的期間，叫太陽活動峰年。黑子很少的期間，為太陽活動穀年。兩個峰年之間的周期平均為11年。
太陽黑子看上去是黑的，實際上並不真是黑的，它們也是熾熱明亮的氣體，溫度大約4800攝氏度左右，但比光球溫度6000攝氏度要低多了，所以顯得暗黑了。
太陽黑子究竟是怎麽回事?它們為什麽比光球冷?11年的周期又是如何產生的?有關太陽黑子的奧秘還遠未揭開。
2．日珥
天文學家形容太陽色球層像是“燃燒著的草原”，或說它是“火的海洋”，那上麵許許多多細小的火舌在不停地跳動著，不時還有一束束火柱躥起來很高，這些躥得很高的火柱就叫作“日珥”。日珥綽約多姿，變化萬千，有的像浮雲，有的像噴泉，有的像籬笆，還有的似圓環、彩虹、拱橋，等等，是一種十分美麗壯觀的太陽活動現象。遺憾的是，日珥比光球暗得多，隻有在日全食時或者使用色球望遠鏡才能看到。
日珥的大小也不一樣，一般高約幾萬千米，大大超過了色球層的厚度，因此，日珥主要存在於日冕層當中。通過對日珥光譜的分析和研究，已經知道它們的溫度接近1萬攝氏度。日珥分為寧靜的、活動的以及爆發的三大類。寧靜日珥可以形狀絲毫不變地在日冕中存在數月之久，這簡直令人不可思議。日冕的溫度高達一二百萬攝氏度，是什麽原因使得日珥能在如此高溫狀態下長期存在呢?爆發的日珥則以每秒700多千米的速度噴發到日冕中去，如此高速，動力又是從哪兒來的呢?日珥這些令人驚異的性質，給天文學家提出了一係列有趣而又艱深的研究課題。
3．耀斑
耀斑是太陽上最強烈，也是對地球影響最大的活動現象。1859年9月1日，有兩位英國天文學家在觀測太陽時，看到一大片新月形的明亮閃光以每秒100多千米的速度掠過黑子群，然後很快消失了。不久以後，電訊中斷，地磁台記錄到強烈的磁暴。這就是人類第一次觀測到的太陽耀斑現象。
耀斑的最大特點是來勢猛，能量大。在短短一二十分鍾內釋放出的能量相當於地球上十萬至百萬次強火山爆發的能量總和。耀斑產生在日冕的低層。耀斑和黑子有著密切的關係，在大的黑子群上麵。很容易出現耀斑。
耀斑對地球有巨大影響，它對地球上的電訊有強烈的幹擾，也對正在太空邀遊的宇航員構成致命的威脅。因此，耀斑受到了天文學家特殊的重視，成為當代太陽研究的主要課題之一。
以上我們給大家介紹了黑子、日珥和耀斑這幾種太陽的主要活動現象，除此之外，太陽的光球上還有密密麻麻的米粒組織和經常出現在日麵邊緣的光斑，色球上還有與光斑相對應的譜斑，日冕中還有暗黑的冕洞，等等。‘太陽表麵的這些活動現象形式不同，特點各異，但是它們有一個重要的相同之處，那就是共同遵守一個11年一周期的漲落規律，在太陽活動峰年，各種活動現象十分激烈，到穀年，它們都比較平靜。
太陽活動11年的變化周期，是300多年以前由德國的藥劑師施瓦布發現的。施瓦布是一位十分勤奮的天文愛好者，他通過對太陽黑子的長期觀測發現了這一變化規律。然而這11年的周期又是怎麽形成的呢?目前這也是一個未解之謎。
幾個可能存在生命的太陽係星球
智慧生物與生命是兩個不等同的概念。即使我們能十分有把握地斷定，在太陽係諸天體中，除地球外，沒有任何一個天體擁有智慧生物，但仍不能肯定，在其他天體中也不存在任何生命活動，特別是那些低等的微生物。
在被懷疑擁有原始生命的太陽係諸天體中，火星是被議論得最多的一個。
在20世紀70年代，“水手號”和“海盜號”飛行器對火星的探測，終於否定了“火星人”的神話。然而，從海盜號探測站所做的三項實驗來看，卻不能絕對地肯定，那裏不存在任何生命形態。
第一項實驗是檢查有無以光合作用為基礎的物質交換，結果是否定的。第二項實驗是仿效地球上的物質交換，視察澄清土壤樣品中有無微生物。實驗時在土壤樣品中加入含c14的培養液，若土壤中有生物，會吸收與消化養分，會排出有放射性的c14，這可在計數管中進行檢測，結果記錄到了。而在預先經過消毒處理的土壤中則沒有記錄到。第三項實驗是測量生物與周圍環境所發生的氣體交換。在加入培養液的土壤樣品中，質譜儀記錄到有氧的發生，但兩小時後卻突然停止，不過微量二氧化碳的析出卻持續了ll天之久。有人指出，如果土壤中存在過氧化物，那麽氧的析出就可能不是生物造成的。因此根據這三項實驗的結果，人們既不敢肯定，也不能否定火星上生命存在的可能性。即使退一步說，這三項實驗證明了火星上沒有生命。但它畢竟隻能反映實驗地點的情況，而不能以點代麵地說明整個火星的情況。要知道，四十多年前，人們對環境惡劣的地球南極地區進行考察時，也曾認為那裏是不適宜生命存在的，在早期的考察活動中也確實沒有發現“定居型”的生物。然而在1977年，人們卻在那裏的石縫中找到了地衣和水藻。一些火星研究者指出，在火星赤道附近有兩個地方，土壤中水的含量要比別處豐富得多。每天每平方公分的地麵至少能釋放出‘100毫克的水(一到夜晚，水汽則凝結為霜，因此這兩個地方從地球看去要比火星其他地方明亮得多)。他們認為這兩個地方的環境比地球上一些已發現有微生物的極端惡劣環境，更適於生命的存在。
美國國家航空航天局在斯坦福大學最近發表了一篇報告，認為40～45億年前，南極大陸上曾存在微生物。而從南極大陸的火星隕石中發現的顯示火星生命體存在的物質看，地球外存在有生命體的跡象。
美國國家航空航天局局長克魯，把火星上可能存在生命體這個宇宙研究史上的最新發現稱之為“令人震驚的發現”。
新發現是從1984年被發現的12個隕石中的一個叫作“ANL8400”的南極隕石分析中產生的。它大約是1500萬年前火星與木星間小彗星群碰撞的結果，大致在1300萬年前落在南極大陸，年齡大致是40～45億年。
美國國家航空航天局和斯坦福大學的研究表明，對隕石進行薄片分析後，能見到一種1114I'“多環芳香碳水化合物(PAH)”的有機物。這種有機物，可以證明火星的生成過程或微生物存在的可能性，從隕石切片，可以得出火星上曾有生物體存在的痕跡。
從PAH中還可發現，有的細菌酷似地球細菌，其分子結構為與磁鐵和巴伐利亞硫化鐵相似的單細胞物質，這也為火星上有微生物存在的推論提供了證據。當然，美國航天航空局僅用“有力的證據”、“有待進一步調查證實”等字眼，盡量避免使用火星上存在微生物的肯定性語言。
克魯局長解釋說：“隕石中發現的火星上存在與地球細菌相似的單細胞生物痕跡，並不是說火星上過去就一定存在高等生物。”
有關的詳細研究成果刊在《探索者》上。關於火星上生命體存在與否的話題，今後必將有進一步的爭論。
總之，對火星是否擁有低等的生命形態這一問題，目前我們還無法做出肯定與否定的回答。
土衛六是土星的第六顆衛星。它的直徑約5800千米千米，是太陽係中最大的一顆衛星。它也是太陽係裏已知的唯一具有真正大氣層的衛星。根據1944年奎伯對其光譜的分析，認為它的大氣主要由甲烷和氫組成，其大氣壓約在0．1～1個大氣壓之間。也就是說，其大氣密度雖不及我們地球，但比火星大氣卻要密得多。土衛六的表麵溫度，因距太陽較遠，大約維持在零下150~C左右。
根據科學家對生命起源的實驗研究，人們知道，用紫外線照射甲烷和氫，就能形成許多有機化合物，如乙烷、乙烯、乙炔等。事實上，1979年9月，“先驅者”11號宇宙探測器在距離土衛六356000千米處拍攝到的照片顯示，這顆衛星呈現桃紅色。這表明它的大氣中確實含有甲烷、乙烷、乙炔等，還可能有氮的一些成分。乙烷、乙炔的存在使人們相信，土衛六上有可能找到更複雜的有機物。因此人們認為，在土衛六表麵可能存在一層由較複雜的有機物組成的海洋和湖泊，其情形也許酷似地球生命發生前夕的所謂“有機物海”。如果這一推測是可靠的，那麽土衛六上就很可能有一些原始的生命形態。
1980年底，“旅行者”號飛船飛臨土星上空時，人們曾期望它能給我們帶來更多的有關土衛六的信息。遺憾的是，它隻發現土衛六的大氣並不像早先所認為的以甲烷為主，而是以氮為主，氮約占98％，甲烷占不到1％。此外，還有乙烷、乙烯、乙炔和氫。值得高興的是，在紅外探測資料中，發現其雲層頂端含有與生命有關的分子，可能是屬於生命前的氫氰酸分子。但是，由於它的大氣幾乎完全呈霧狀，妨礙了飛船對土衛六表麵的觀測。因此土衛六上是否真有生命，也還有待進一步證實。
第三顆引起人們注意的可能擁有生命的天體是木星的衛星木衛二。
木衛二，直徑為3000千米左右，在木星的衛星中屬第四大衛星。根據近紅外波長的光譜分析，這個衛星的表麵存在大量由水構成的冰。而根據其平均密度為3．03克／立方公分來估算，它可能有一個厚約100千米的由冰和液態水組成的殼層。
1979年3月，當“旅行者號”飛船飛越木衛二上空時，人們曾非常驚奇地注意到，木衛二具有奇特的與眾不同的外貌，分布著許許多多縱橫交叉的條紋，猶如一大堆亂麻。經分析，這些條紋應是木衛二冰殼上的裂紋，其中有些裂縫的寬度可能有數十千米，長達1000千米，深為100～200米。更有意義的是，人們還注意到，這種像亂麻一般交叉的裂縫具有褐色的基調，與其周圍顏色淺得多的部分相比，顯得輪廓分明。對這種褐色物所作的光譜分析表明，它們很可能是有機聚合物。據此，人們推測，當木衛二從原始星雲中形成時，可能也和地球等天體一樣，聚集有一些來自原始星雲的甲烷和氨。以後，這些氣體可能在內熱的作用下不斷地釋放出來，當其滲透到表麵時，便會在太陽紫外線輻射和來自木星的帶電粒子的激發下，合成為有機物。盡管同樣的輻射也會摧毀這些有機物，但**水卻能保護它們，甚至還會促使它們進一步水解，複合形成氨基酸，為生命的形成提供了條件。
與此同時，來自地球的一項發現也啟發著人們的思考。那是在南極的幹穀，有一些常年冰封的湖泊。極其微弱的陽光在透過上部厚厚的冰層以後，到達湖底已是微乎其微。然而，當人們潛入這冰冷的、幽暗的湖底時，卻意外地發現那裏生活著一大片藍綠藻，它們就靠這微弱的陽光生活。木衛二盡管離太陽比地球遠得多，溫度低，陽光弱，但並不比南極湖下的環境更差。而且由於自轉和公轉的關係，它有長達60小時的白晝。因此在一些裂縫剛剛破裂開來的地方，水體裏將有可能接受到較充足的陽光，從而使生命在那裏繁殖生存。一直到5—10億年後，當裂縫重新為厚厚冰層所覆蓋時，生命也就暫時地潛伏起來，等待另一次機會。
當然，以上所述還隻是一些推測，要證實這一猜想，需要有一個能潛入木衛二冰殼下的太空潛水裝置。
其實，不僅是上述三個天體，就是對金星、木星、木衛一，甚至我們的月球，是否完全沒有任何生命形態，人們也沒有完全排除懷疑。
金星以其表麵具有高達400~C以上的溫度，而一直被人們認為是不適宜生命生存的。然而，1977年以來，人們在調查洋底的地殼裂縫時，卻發現在一些溫度高達300~C甚至更高溫度的海底噴泉旁，生活著許多可耐高溫生物。這使人們認識到，生命對環境的適應能力遠比人們想像的大許多。因此，我們不能保證金星對生命來說就是絕對的禁區。何況，即使金星表麵沒有生命，也不能排除在它的大氣層裏溫度適宜的地方，就沒有飄浮著一些含微生物的雲層。 ’
木星是一個主要由氫和氦組成的天體。理論分析表明，它的雲層厚約。730千米，下麵是厚約24000千米的液態分子氫組成的木星幔，再下麵是具有金屬特性的原子氫組成的下部木星幔，然後才是一個可能由矽和鐵組成的石質木星核。木星距太陽較遠，理論計算表明，其雲層頂的表麵溫度應在-68℃左右，但實測的結果比理論值高出20～30~C，這表明它有來自內部的熱量。因此可以算出，在雲層底部，溫度可高達5500％。
1979年，“旅行者號”飛船飛臨木星上空所作的光譜分析表明，木星大氣中除了氫、氦、氨、甲烷和水外，還可能有乙炔、乙烷、硫化銨、硫化氫銨、磷化氫等各種有機或無機聚合物。人們還發現木星上不時發生閃電。這使人們推測，在木星的大氣層裏完全有可能合成複雜的有機物，甚至出現生命。一些研究者指出，由於木星大氣存在著垂直湍流運動，來自雲層底部的高溫、高壓氣流會對生命造成毀滅性的破壞，所以氣流運動相對平穩的兩極地區，存在生命的可能性要比木星赤道地區大一些。
木衛一是木星的另一顆衛星，具有石質的表麵。根據對其紅外反射光譜的研究，沒有水的痕跡，但富含硫質。1979年，“旅行者號”飛臨它上空時，曾觀察到它的上麵有活躍的火山活動。木衛一上這種強烈的火山活動，和伴隨火山活動噴溢出來的硫，使一些人猜測，在它上麵有可能存在像太平洋底熱噴泉周圍的那種以硫為食料的生物。換言之，這種生物可以不必依賴陽光來提供能源，也無須依靠光合作用來生活。
至於月球，盡管已有阿波羅6次登月和蘇聯兩次月球自動站的考察記錄，但仍有一些人對月球生命問題不肯輕易罷休。他們提出了種種懷疑，並猜測是否會有生命隱居在月麵之下。
綜上所說，我們對太陽係中其他天體是否擁有生命的討論遠遠沒有結束，人們正期待著今後更深入的探索。
木星的巨大紅斑
木星是八大行星中最大的一顆。人類曾數次實地考察過木星上空，美國發射的航天器，解開了從地球就可觀察到的木星紅斑之謎。可是木星紅斑為什麽經久不息?形成紅斑的大氣旋又從何而來?比起對月球的探測，木星還是顯得太遙遠了。人類隻能先近後遠，循序漸進。
木星，是離太陽遠近的第五顆行星，而且是八大行星中最大的一顆，比所有其他行星的合質量大兩倍(地球的318倍)。木星繞太陽公轉的周期為4332．589天，約合11．86年。
木星除了色彩繽紛的條和帶之外，還有一塊醒目的標記，從地球上看去，就成一個紅點，仿佛木星上長著一隻“眼睛”，大紅斑形狀有點像雞蛋，顏色鮮豔奪目，紅而略帶棕色，有時又鮮紅鮮紅。人們把它取名為大紅斑。
很早以前，木星大紅斑鮮明的顏色已引起人們注意。意大利天文學家卡西尼在1665年首先覺察到，木星上有斑痕，並以此紅斑為標誌，測出了木星自轉的周期，是在9時50分到9時56分之間的範圍。這與現在公認的赤道部分的自轉周期9時50分30秒相當吻合，這在當時天文觀測儀器相當簡陋的情況下是很不簡單的成就。
自那時以來，三個多世紀過去了，人們一直看到這塊紅斑雖然顏色有濃有淡、大小有增有減，但從未消失過，成為木星上醒目的永久性標誌。這也是科學家觀測、研究、討論的課題。
大紅斑十分巨大，南北寬度經常保持在1．4萬千米，東西方向上的長度在不同時期有所變化，最長時達4萬千米。也就是說，從紅斑東端到西端，可以並排放下三個地球。一般情況下，長度在2000至3000千米，大紅斑在木星上的相對大小，就好像澳大利亞在地球上那樣。
大紅斑之“紅”也有特色，它的顏色常常是紅而略帶褐色，變化也是有的。20世紀20年代到30年代，大紅斑呈鮮紅色，從未這麽好看過。1951年前後，也曾出現淡淡的玫瑰紅顏色。大部分時問，它的顏色比較暗淡。
關於大紅斑的顏色，有不同見解。有的提出那是因為它含有紅磷之類的物質。有人認為，可能是有些物質到達木星的雲端以後，受太陽紫外線照射，而發生了光化學反應，使這些化學物質轉變成一種帶紅棕色的物質。總之，這仍然是未解之謎。
人們在地球上隔著6億千米對著大紅斑看了300多年，卻不知怎麽解釋這種紅斑。到20世紀70年代，先有1972年、1973年4月和6月“先驅者10號”、“先驅者1l號”相繼升空。在1973年12月和1974年12月近距離觀測了木星，緊步後塵的又有1977年8月20日和9月5日發射的“旅行者2號”、“旅行者l號”，分別於1979年7月和1979年3月從木星上空掠過。對紅斑進行詳細察看。它們發現，它是一團激烈上升的氣流，即大氣旋。它不停地沿逆時針方向旋轉，像一團巨大的高氣壓風暴，每十二天旋轉一周。這巨大風暴氣流可謂“翻江倒海”，“翻天覆地”。從人類認識它以來狂暴地亂了三個多世紀，真讓人乍舌，可以說是一場“世紀風暴”。那麽，它是靠什麽法力能長盛不衰、長期肆虐呢?
原來，大紅斑以自己實力占盡地利之便。巨大的旋渦像夾在兩股向相反方向運動的氣流中，摩擦阻力很小，如果大紅斑比現在要小得多，那麽“阻礙”的力量便相應地要大得多，這團風暴要不了多久便會平息。大紅斑不是獨霸木星的風暴，也有小姊妹。“先驅者10號”1973年12月，也發現過有小紅斑，其擴大程度直逼大紅斑，然而“先驅者11號”1974年12月飛過時小紅斑卻已經消失了。小紅斑從形成到消逝，隻用了短短兩年時間，規模上也隻與地球風暴差不多，這跟大紅斑不能相比。也有人認為大紅斑長久不息應該還有別的原因。總之，關於大紅斑，還需繼續觀測、研究，探索尚存的未解之謎。
木星究竟是恒星還是行星
中國古代有後弈射九日的傳說，現在又有科學家提出木星有可能成為太陽星係中的第二個太陽，這就不能不使地球人備加關心了。因為這直接關係到人類的生死存亡。好在如果木星真的能變成恒星，也要等到30億年之後，可謂來日方長。
木星難道僅僅是行星嗎?為什麽不能把它看作是顆未來的恒星，看作是正在向恒星方向發展的天體呢?讀者也許會驚訝：這樣提問題是否太荒唐了?上世紀80年代初，蘇聯科學家蘇切科夫提出木星也許是一顆正在發展中的恒星這種新見解之後，確實遭到了不少非議。但是，蘇切科夫的意見也並非“空中樓閣”，毫無依據。他的主要觀點是：木星內部在進行熱核反應，它有自己的熱核能源，應該歸到“能自己發熱、發光”的恒星類天體裏去。
事情真是那樣子嗎?
木星離太陽比地球遠得多，它接受到的太陽輻射也少得多，表麵溫度理所當然要低得多。根據計算得出的結果，木星表麵溫度應該是零下168℃。可是，地麵觀測得出來的溫度是零下139℃，與計算值相差近30℃，這無論如何不可能是由誤差造成的。讓探測器在木星附近進行測量，準確程度理應更高些。“先驅者11號”於1974年12月飛掠木星時，測得的木星表麵溫度為零下148℃，仍比理論值高出不少，說明木星有自己的內部熱源。
對木星進行紅外線測量也反映出類似的情況。如果木星內部沒有熱源，它吸收到的熱量和支出的應該達到平衡，地球和水星等類的行星的情況正是這樣。木星卻不然，它是支大於出，約大1．5～2．０倍。這超支的能量從哪裏來呢?很明顯，隻能由它自己內部的熱源予以補貼。
木星是一顆以氫為主要成分的天體，這與我們的地球有很大的差異，而與太陽相似。木星與太陽這兩個天體的大氣，都包含約90％的氫和約10％的氦，以及很少量的其他氣體。關於木星的內部結構，現在建立的模型認為它的表麵並非固體狀，整個行星處於流體狀態。木星的中心部分大概是個固體核，主要由鐵和矽組成，那裏的溫度至少可以有30000℃。核的外麵是兩層氫，先是一層處於液態金屬氫狀態的氫，接著是一層處於液態分子氫狀態的氫；這兩層合稱為木星幔。再往上，氫以氣體狀態成為大氣的主要成分。
具有如此結構的天體，其中心能否發生熱核反應而產生出所需的能量來呢?許多人認為是可疑的，甚至是不可能的。況且木星的質量並沒有達到太陽質量的0．07。
比起太陽來，木星確實有點“小巫見大巫”。稱“霸”其他行星的木星，體積隻有太陽的千分之一，質量隻及太陽的1／1047，即約0．001個太陽質量，而中心溫度也隻有太陽的五百分之一。有人認為，這並不妨礙木星內部存在熱源，因為它是在木星形成過程中產生並積累起來的。
蘇聯學者蘇切科夫等的意見是頗為新穎的。他認為木星內部正進行著熱核反應，核心的溫度高得驚人，至少有28萬度，而且還將變得越來越熱，釋放更多的能量。釋放的速度也將進一步加快。換句話說，木星在逐漸變熱，最終會變成一顆名副其實的恒星。
我國學者劉金沂對行星亮度的研究，從一個側麵提供了證據。他發現在過去很長的一段曆史時期裏，水星、金星、火星和土星的亮度都有減小的趨勢，唯獨木星的亮度在增大。如果前述四行星的亮度減小與所謂的太陽正在收縮、亮度在減弱有關，那麽，木星亮度增大的原因一定是在木星本身。劉金沂得出的結論是：在最近的兩千年中，木星的亮度每千年增大約0．003等。這無異對蘇切科夫等的觀點作了注釋。
此外，太陽不僅每時每刻向外輻射出巨大的能量，同時也以太陽風等形式持續不斷地向外拋射各種物質微粒。它們在星際空間前進時，木星自然會俘獲其中相當一部分。這樣的話，一方麵木星的質量日積月累不斷增加，逐漸接近和達到成為一個恒星所必需的最低條件；另一方麵，在截獲來自太陽的各種粒子時，木星當然也就獲得了它們所攜帶的能量。換言之，太陽以自己的日漸衰弱來促使木星日漸壯大，最後達到兩者幾乎並駕齊驅的程度，使木星成為恒星。
這樣的過程據說大致需要30億年的時間。那時，現在的太陽係將成為以太陽和木星為兩主體的雙星係統；也有可能木星在其“成長”的過程中，把一些小天體俘獲過來，建立以自己為中心天體的另一個“太陽係”，與仍以現在太陽為中心天體的太陽係，平起平坐。不管是哪種形式的變化，目前太陽係的全部天體，包括大小行星乃至彗星等，都將有較大幅度地變動。
這種大變遷會帶來什麽後果呢?特別是地球和地球上的人類該怎麽辦呢?一種觀點認為，事物發生變化那是必然的，至於是否像前麵提到的那樣，木星變成恒星那樣的天體，這隻是一家之見，何況還有30億年的漫長歲月呢!
像木星內部結構之類的問題，本來就是一個假說不少、爭論頗多的領域。蘇切科夫等人的觀點隻不過使得爭論更加熱烈而已。在目前的觀測水平和理論水平不完善的情況下，像“木星是否正在向恒星方向演變”之類的重大自然科學之謎，不僅現在無法解答，即使是在可以預見到的將來，恐怕也未必能理出個頭緒。在很長的一段曆史時期裏，它無疑將會一直成為科學家們孜孜不倦探討的課題。
行星的衛星之謎
在理論上，似乎每個大行星都應該有衛星，而且不止有一個，所以地球除了月亮外還應有其他的衛星，不管它是大是小。如果大到一定程度，如月亮，那是不會不被發現的。實踐是檢驗真理的唯一標準。到目前為止還沒有發現第二顆達到地球衛星標準的天體。到底是沒有呢?就成是尚未被發現。 ‘
水星有衛星嗎
1974年3月27日，“水手10號”飛行探測器飛經水星，探測儀器感應到理應不存在的劇烈的光波場。第二天它消失了。三天後它又出現了，並且這天體似乎在離開水星。一開始，天文學家們認為這是一顆恒星。但是他們卻在兩個完全不同的位置觀測到它。並且眾所周知，如此強烈的紫外線波是無法在星際媒介中傳播很遠的，除非這是一個離我們十分近的天體。難道是水星的衛星嗎?
經過一個令人激動的星期五，這個天體的速度已被估測出了，大約為4千米／秒，這個速度恰與衛星的速度相符。
這顆“衛星”究竟是什麽呢?它從水星直飛過來，終於被確認為一顆熱恒星(~rateris。而那個強烈的發射場的由來，及它如何能達到行星上卻仍是個謎。有關水星衛星的故事便這樣結束了。可與此同時，在天文學上又產生了另一種說法：強波並非如以往所認為的那樣被星際媒質完全吸收。比如說，Gum星雲已被證明能發射十分強烈的紫外線波，在夜空中呈140度以540埃波長輻射。天文學家們又找到了新的探知點，這或許是天文學家觀察“天堂”的又一扇。“窗”吧。
火星有衛星嗎
第一個火星有衛星的猜測是在1610年開普勒提出的。在試圖解決伽利略有關土星光環的等速問題時，開普勒認為伽利略可能找到了火星的衛星。
1643年，Capuchin的修道士Anton Maria Shyrl聲稱看到了火星的衛星。我們現在知道單憑當時的望遠鏡是根本無法觀察到的——或許Shyrl看到的隻是離火星較近的一顆恒星罷了。
1727年，Jonathan Swift在《格列佛遊記》中寫了火星的兩顆衛星，卻鮮為人知。它們的運行周期為10小時和21．5小時。這兩顆衛星在1750年Voltaire的小說《Micromegas》中又被沿用，故事是描寫一個天狼星的巨人來訪我們的太陽係。
1747年，一位德國船長Kinder mann說他看到了火星的衛星(隻有一顆)。Kindermann說他是在1744．年的7月10日看到的，他還提供了這顆衛星的運行周期：59小時50分鍾零6秒。
1877年，Asaph。Hall終於發現了Phobos火衛一和Deimos火衛二這兩顆火星的小衛星。它們的運行周期分別為7小時39分鍾和30小時18分鍾，與JonathanSwift在150年之前所預測的十分接近。
地球的第二顆衛星之謎
1846年，Toulouse天文台的負責人——Frederic Petit宣布他們發現了地球的第二顆衛星。它是在1846年3月21日傍晚時被三位觀察者看到的，他們是TouloLise的Lebon和Passier以及Artenac的Lariviere。Petit發現這顆衛星的運行軌道是橢圓的，運行周期為2小時44分59秒，它離地球(表麵)最遠距離為3570千米，最近距離為11．4千米。聽到這個發現後，勒威耶抱怨說由於空間距離的阻隔，許多事都無法得到確證。而Petit卻義無反顧地致力於對這第二顆地球衛星的研究，並終於在15年後宣布正是這顆小衛星造成了地球的主要衛星——月球的一些特殊的運行情況，可是這一點幾乎被所有的天文學家所忽視。要不是法國作家凡爾納在書中提及，它幾乎就被遺忘了。
威爾遜山天文台的R．s．RichardSOll博士，在1952年描述了這顆衛星的運行軌跡：近地點為5010千米，遠地點為7480千米，離心率為0．1784。
由於凡爾納使Petit所發現的第二顆衛星聞名於世，越來越多的業餘天文學家發現這是一個成名的好機會——任何人隻要發現這顆衛星，他的名字便會被載人天文學的史冊。沒有幾個主要的天文台從事這地球第二顆衛星的研究，即使有也要暗自進行。而德國的業餘愛好者們卻在積極地跟蹤著那個被他們稱為Kleincl len(一點點)的天體——雖然他們從未找到它。
w．H．Pickering一直篤信著這樣一個理論：如果衛星的軌道離地球的表麵距離為320千米並且它的直徑為0．3米，又擁有月球般的反照率，那麽它必然可以通過3英寸的天文望遠鏡觀察到。一顆直徑為3米的衛星可能成為第五星等的裸眼可見的天體。雖然Pickering並未尋找Petit所說的天體，他卻在進行著尋找第二等衛星——即月球的衛星的工作。可是他沒有找到，事後他總結認為月球的衛星的直徑小於3米而無法觀察到。
Picke,ing那篇關於一顆極小的衛星存在的可能性的文章——《一顆流星般的衛星》刊登在1922年的《大眾天文》上，不想又引起了業餘天文愛好者的一陣**。主要原因是這篇文章提供了觀察上的一些實際的要求：“一架3～5英寸的天文望遠鏡和一個低倍的目鏡即可。這無疑對業餘愛好者是一次好的機會。”可惜又一次一無所獲。
有一種理論認為向來無法解釋的月食運行軌道的偏離是由於這第二顆衛星的重力場引起的。那就意味著這個天體的直徑至少應有幾千米這麽大——但如果存在這樣大的一顆衛星，那它早應被古代巴比倫人發現了。即使它十分小，但由於它相對比較近又移動得十分快，也應當是十分明顯的，就像我們看到人造衛星與航天飛機一樣。可是另一方麵，又無人有興趣去觀察過小的天體。
當然還有不少人提出地球的第二顆天然衛星存在的想法。1898年，GeorgWaltemath博士聲稱他不僅發現了第二顆衛星，還發現了一係列的白矮星。
總有一些觀察者不時地報告看到“其他的地球天然衛星”。德國的天文雜誌《Die Sterne》報道說名為w．Spill的德國業餘天文學家，在1926年5月24日觀察到這第二顆衛星通過月球。
在1950年左右，當人造地球衛星剛開始被提出時，每個人都預見它隻能被分級式火箭送上天，不載任何無線電發射裝置，而由在地麵的雷達跟蹤。如果這樣的話，一些近地的小衛星會產生極大幹擾，它們會反射雷達發射到人造衛星上的波。但這卻提供了人們尋找天然衛星的好方法，Clyde Tombaugh發展了這項技術：在離地5000千米高的衛星速率被預測出。一個拍攝站便以這個速度跟蹤拍攝。恒星、行星等天體在照片上顯現一條直線，但在這一高度的衛星卻顯示成一點。如果衛星不在這個高度，那麽它在照片上表現為一條短小的直線。
LOWeIl天文台的觀測始於1953年，並且真正地探索了一塊處女地：除了這個德國天文台外，沒有人注意到地月之間的這塊空間。到1954年秋，各類享受很高聲譽的周刊和日報報道說這個天文台的觀測已得到了初步結果：有一個離地高度為700千米和一顆離地高度為1000千米這樣兩顆衛星。人們普遍地產生這樣的疑問：“它們是否是天然衛星呢?”沒有人知道這些報道源自何處——因為天文台的觀測根本沒得到什麽結果。在1957年和1958年當第一顆人造衛星發射後，其上攜帶的相機才又繼續追蹤那些衛星。
但是這並不意味著地球隻有一顆天然衛星。地球可能在很短的時間內有一顆近地衛星。流星體飛過地球，穿過上層大氣時會損失很大動能而進入圍繞地球的衛星軌道。但由於它經過大氣上層的每個近地點，它不會維持很長時間，或許隻有一或兩個周轉，也可能達到一百個周轉(相當於一百五十小時左右)。一些報告表明這樣的“瞬間衛星”曾被看到過，可能當初Petit所看到的便是這樣的衛星。
除了“瞬間衛星”這種解釋外，還可能有兩種可能性。一個可能是月球有自己的衛星——但是盡管經過許多次搜索，都沒有發現過。另一種可能是存在著繞月球運行的特洛伊衛星，落後或超月球公轉軌道60度。
Krakow天文台的波蘭天文學家Kordylewski首先報告了這種“特洛伊衛星”。他是在1951年開始他的尋找的。他希望能在繞月軌道上找到一顆離月球為60度的大小合適的天體。可是探索一無所獲。在1956年他的同國人，同事Wilkowski提出可能存在許多微小的天體，由於太小而不能被單獨看見，但卻多得合成雲狀粒子。如果這樣的話，最好的觀察方式將是用肉眼，而不是通過天文望遠鏡。用天文望遠鏡隻會“漠視”了它們的存在。Kordylewski博士很願意試一試。他所需要的是一個無月的晴朗的夜空。
至此長達一個世紀的對於地球第二顆衛星的搜尋似乎已成功了，即使這顆衛星與當初任何人預計的都不同。它們十分難找。
但仍有人認為還存在另一些天然地球衛星。在1966年至1969年問，美國科學家John Bargby聲稱他觀察到至少十顆小到隻能通過天文望遠鏡才觀察到的地球天然衛星。Bargby發現了這些天體的橢圓軌道：離心率為0．498，半主軸長14065千米，遠地點高度14700千米，近地點高度680千米。Bargby認為它們是在1955年破裂的天體的碎塊。他得到的這些結論大都是建立在不穩定的人造地球衛星的基礎上的。Bargby運用人造地球衛星所提供的資料，卻沒有意識到這些數據隻是一些近似值，甚至於有時是錯誤的，因此根本不能應用於精確的科學分析。另外，根據Bargby的觀察結果，當他所說的衛星經過近地點時，應為可見的一等星，應該輕易地就被肉眼觀察到，可是卻從沒有人看到類似的天體。
1997年，Paul wiegert等人發現了小行星3753有一個很奇怪的軌道，似乎是地球的一顆伴星，可是它並不圍繞地球運動。
土衛六之謎
人們夢寐以求在外星球上發現生命。它最少可以為將來的人類開拓地球之外的第二家園。土衛六就帶給人這樣的希望，因此人類對土衛六多加注意和研究，就是可以理解的了。可是人類要實現自己的夢想，還有多少路要走呢?在這條路上還有多少問題要解決呢?
土衛六(Titan，“泰坦星”)是環繞土星運行的一顆衛星。它是土星衛星中最大的一個。在1655年3月25日被荷蘭物理學家、天文學家和數學家克裏斯蒂安·惠更斯發現，它也是在太陽係內繼木星伽利略衛星發現後發現的第一顆衛星。由於它是太陽係唯一一個擁有濃厚大氣層的衛星，因此被視為一個時光機器，有助於我們了解地球最初期的情況，揭開地球生物如何誕生之謎。
土衛六是土星最大的衛星，也是太陽係第二大衛星，大於行星水星的體積(雖然質量沒有水星大)，在太陽係中它的大小僅次於木星最大的衛星木衛三。但最近的觀測也顯示其濃密的大氣可能使人們過高估計了它的直徑，如同許多其他的衛星一樣，土衛六比小行星134340(原冥王星)的質量和體積都要大。
土衛六平均半徑2575千米，質量1．345×1023千克，平均密度1．880×103千克／米3。土衛六環繞土星公轉軌道半徑為1221850千米，偏心率0．0292，軌道平麵與土星赤道麵的交角為O．33°，公轉周期15天22時41分24秒。土衛六的自轉周期與公轉周期相同，這一點與月球類似。土衛六有濃密的大氣，主要成分是氮，表麵大氣壓力1．5×105帕斯卡，表麵溫度-178℃。
從惠更斯發現土衛六以來，至今已有300多年的曆史，土衛六仍是一個待解之謎。要想對土衛六有更深刻的認識，還需要人類不斷地進行探索。
天文學家們為什麽特別看重土衛六呢?因為土衛六“天資”出眾，所以受到天文學家們的青睞和器重。土衛六與眾不同的“天資”表現在如下方麵：
首先，土衛六的直徑為4828千米，在衛星世界中居第二位；比冥王星大許多，跟水星的個頭兒差不多。它的質量是月球質量的1．8倍，平均密度為每立方公分1．9克，約為地球密度的1／3，引力則為地球的14％。
土衛六與土星的平均距離為122萬千米，沿著近乎正圓形的軌道繞土星運動。它像月球一樣，總以同一麵向著自己的行星——土星。也就是說，如果在土星上看土衛六的話，永遠隻能看到土衛六的同一個半麵。它的軌道基本上在土星赤道麵內。你可以想一想，土衛六這麽大的天體，沿著大約122萬千米的半徑，居然運動在近乎正圓的軌道上，這真是有點難以想象的事。如果讓我們專門畫這樣一個圓，恐怕也是不容易辦到的。足見天體演化中的自然奇觀。
第二，1944年，美籍荷蘭天文學家柯伊伯對土衛六進行了係統地分光觀測研究，發現土衛六上有甲烷氣體，從而確認土衛六上有濃密的大氣層。一直到現在，土衛六仍是太陽係內已知的60多顆衛星中有大氣的唯一衛星，這怎能不受到天文學家們的特別偏愛呢?
第三，根據土衛六的運動特征、物理狀況和化學成分，天文學家們判定土衛六是和土星一起演化形成的，屬於穩定衛星，不可能是土星後來捕獲的小天體。一些天文學家曾一度將土衛六的質量、體積、表麵重力、表麵溫度、大氣成分、水和冰的含量、自轉和公轉等天體特征和天體環境與地球進行比較，目的是想從中獲取有關早期生命物質演化的蛛絲馬跡。土衛六被認為是人類迄今為止發現的地球外最可能存在生命的衛星。土衛六是太陽係中唯一有大氣層的衛星。在距土衛六表麵約19千米處，“惠更斯”拍到了厚厚的一層雲霧。科學家指出，這層雲霧的主要組成物質極有可能是甲烷。在著陸之後，“惠更斯”還發現，土衛六表麵物質正在不斷蒸發，並產生更多的甲烷。據推測，早期地球上也存在大量類似甲烷的碳氫化合物。
當科學家們聞到這股和早期地球相似的氣體之後，欣喜若狂。參與此次計劃的安德魯·鮑爾博士興奮得像一個孩子喊道：“天哪!這簡直太不可思議了。在對傳回的那些照片和數據進行分析之後，迷霧般的橙色星球由95％的氮氣組成，剩下的氣體則是甲烷和其他碳氫化合物。這些大氣真的和早期的地球十分相似。這意味著我們真的美夢成真了。”同時，土衛六大氣中還有一氧化碳和二氧化碳的痕跡，所有這些都使科學家聯想到45億年前的地球。有天文學家稱，土衛六才是太陽係內找到地外生命的最佳地點。但是它的更多秘密還需要科學家們進一步去揭開。
天王星為什麽躺在軌道內部旋轉
天王星怎樣旋轉本不關人類的衣食住行，但探索宇宙的奧秘，謀人類的生存福祉，卻是勢在必行。
天王星是從太陽向外的第七顆行星，在太陽係的體積是第三(比海王星大)，質量排名第四(比海王星輕)。天王星距太陽28．8億千米，距地球27．3億千米，太陽光線到達天王星也要2小時38分鍾。
威廉·赫歇耳發現天王星有點事出偶然。1781年3月13日晚，他像往常一樣用他自製的望遠鏡巡視天空，在觀察雙子座的一部分天空時，他看到一顆不平常的星，它完全不像是一顆恒星，因為恒星在望遠鏡中隻是一個光點，而這顆星呈現為一隻淡綠色圓盤狀。連續幾個夜晚的觀測，他發現那個天體似乎正在恒星背景下緩慢地移動著。赫歇耳以為他發現了一顆彗星。但不久他就發現，這顆星缺少彗星特征——模糊的邊界，它看上去邊緣總是清晰的。而且它的運行路徑是在土星軌道外麵的一條近於圓形的軌道。赫歇耳最後認定，他發現的是一顆新行星。
學術界決定新行星的名稱是遵守根據希臘神話人物命名行星的傳統，把新行星命名為“烏拉諾斯”，他是希臘神話主神宙斯的祖父，翻譯成漢語就是“天王星”。
天王星一下子把太陽係的疆界開拓了，打開了人類的視野，啟發天文學家繼續在廣袤的星空中探索。
天王星也使赫歇耳一舉成名。在此之前，他是位愛好天文學的音樂家。在發現天王星以後，他榮獲了勳章，被選為英國皇家學會會員，從此走上了專業天文學家的道路。直到今天，天文學家依然對他十分尊敬。他在恒星天文學方麵有傑出貢獻，贏得了“恒星天文學之父”的美譽。
赫歇耳用他自己製作的望遠鏡研究天空，他最感興趣的是恒星，他最大的成就也在恒星世界中。1785年，他繪出了我們置身其中的這個恒星係統的外形，呈透鏡狀——就是今天的銀河係，被後人認為是第一個真正發現了銀河係的人。
赫歇耳還發現了太陽的運動。1783年，他論證了太陽以每秒17．5千米的速度向武仙座方向前進，這自然使人們得出結論，太陽也不是宇宙的中心。
他於1822年去世，享年84歲，恰好等於他發現的天王星的公轉周期——84年。
在赫歇耳發現天王星後六年，在一次試觀測他自己新製的望遠鏡時，又獲得了一個有趣的發現——天王星有兩顆衛星。它們是天衛三、天衛四。今天，天王星的衛星數已增加到15顆了。另外，土星的兩顆衛星，土衛一和土衛二也是赫歇耳發現的。
天王星有一個與眾不同的性質，就是它的運行姿態十分奇特。
一般的行星，都是側著身子繞日運動，它們的自轉軸和公轉軸軌道平麵，全都近似垂直，有一點小的傾斜。地球為23．5°，火星24°，木星3°，土星27°，這正是引起季節變化的原因。可是，天王星的自轉情況則與眾不同，天王星的自轉軸的傾斜度達到98。，它們的自轉軸與公轉軌道平麵近乎平行——僅有2。的夾角。實際上天王星是躺在它的軌道麵內旋轉的，就跟保齡球滾在球道上的情形差不多。這一事實意味著，天王星的季節也非常奇特。在天王星的一年中(相當於地球上的84年)，太陽輪流照射天王星的南極和北極。當太陽照北極，北半球處於夏季，在北極地區，太陽看起來就像懸掛在頭頂的上方，而且總不下落。而當冬季來臨時，這顆行星一半地方進入漫漫的寒冷冬夜中，一直持續幾十年。隻有隨著太陽漸漸照射到赤道上，天王星的世界，才有白天到黑夜的交替。即使在夏季，表溫也很低，-211℃。這樣怪異的氣候類型，無疑是因為這顆行星的大氣層得到奇特的、不均勻加熱的結果。天王星為什麽以這種姿態運轉呢?至今還是天文學當中的一個謎。
行星為何有光環
現在我們有了許多大行星的照片，可以讓我們對這些行星有更多的了解。可是了解得越多疑問就越多。像土星、木星、天王星、海王星的光環，這些光環是客觀存在，但他們是由哪些物質構成的?為什麽會發光?為什麽會形成環?為什麽有的行星有，有的沒有……科學家解答這些問題的日子不會太遠了。
在我們看到的行星照片中，行星大多都被一圈環狀物質圍繞著，像是為行星披上的彩帶，又像是為行星戴上的王冠，令行星顯得分外美麗。這些帶狀物質我們稱之為“行星光環”。行星的光環是什麽，為什麽會發光呢?還一直是一個謎。
土星環
土星環由蜂窩般的太空碎片、岩石和冰組成。主要的土星環寬度從48千米到30．2萬千米不等，以英文字母的頭七個命名，距離土星從近到遠的土星環分別以被發現的順序命名為D、C、B、A、F、G和E。土星及土星環在太陽係形成早期已形成，當時太陽被宇宙塵埃和氣體所包圍，最後形成了土星和土星環。
從另一個角度來看，土星反而獨具豐姿。伽利略第一次透過他原始的望遠鏡觀察土星時，發現它的形狀有點奇怪，好像在其球體的兩側還有兩個小球。他繼續觀察，發現那兩個小球漸漸變得很難看見，到1612年年底時，終於同時消失不見了。
其他天文學家也報告過土星的這種奇怪現象；但直到1656年，惠更斯才提出了正確的解釋。他宣稱，土星外圍環繞著一圈又亮又薄的光環；光環與土星不接觸。
土星的自轉軸和地球一樣，也是傾斜的，土星的軸傾角是26．73°，地球則是23．45°。由於土星的光環和赤道是在同一平麵上，所以它是對著太陽(也對著我們)傾斜的。當土星運行到其軌道的一端時，我們可由上往下看見光環近的一麵，而遠的一麵仍被遮住。當土星在軌道的另一端時，我們就可由下往上看到光環近的一麵，而遠的一麵依然被遮住。土星從軌道的這一側轉到另一側需要十四年多一點。在這段時間內，光環也逐漸由最下方移向最上方。行至半路時，光環恰好移動到中間位置，這時我們觀察到光環兩麵的邊緣連接在一起，狀如“一條線”。隨後，土星繼續運行，沿著另一半軌道繞回原來的起點，這時光環又逐漸地由最上方向最下方移動。移到正中間時，我們又看見其邊緣連接在一起。因為土星環非常薄，所以當光環狀如“一條線”時就好像消失了一樣。1612年年底伽利略看到的正是這種情景。據說由於懊惱，他沒有再觀察過土星。
土星環位於土星的赤道麵上。在空間探測以前，從地麵觀測得知土星環有五個，其中包括三個主環(A環、B環、C環)和兩個暗環(D環、E環)。B環既寬又亮，它的內側是c環，外側是A環。A環和B環之間為寬約5，000千米的卡西尼縫，它是天文學家卡西尼在1675年發現的。