来自NASA卡西尼号的数据或可揭示土星的大气之谜

（来源：美国国家航空航天局 / 喷气推进实验室 / 航空研究所 / 亚利桑那大学 / 莱斯特大学）

土星、木星、天王星和海王星这些气体巨星与地球一样都有着炙热的上层大气。但与地球不同的是，由于这些处于太阳系边缘的行星与太阳距离太远，他们炙热的上层大气很难归因于太阳辐射。也因此，他们炙热的外层大气的热源一直是天体科学中最大的谜团之一。

是什么原因让土星上层大气维持如此高的温度？来自美国宇航局卡西尼号航天飞船最新数据分析提供了一个可行的解释：行星南北两极的极光。由太阳风和来自于土星卫星的带电粒子相互作用而引发的电流会引发极光并加热上层大气。这也很有可能是其他几个气体巨星上层大气维持高温的原因。（就像地球上的北极光一样，研究极光能让科学家知道地球的大气中在发生着什么）

发表在4月6日《自然天文学》杂志上的这项研究是迄今为止关于气态巨星上层大气温度和密度最完整的描述，可见在这一领域，人们所知甚少。

在这张伪色图像中可以看到土星南极的极光。

蓝色代表极光;橙红色是反射阳光。这张照片是由卡西尼的紫外线成像光谱仪(UVIS)于2005年6月21日拍摄的。

（来源：美国国家航空航天局/喷气推进实验室/科罗拉多大学）

通过分析构建出大气中热循环的完整画面，科学家们就能更好地理解极光电流是如何加热土星上层大气并驱动风的。土星上的风力系统可以将最初存积在两极的这些能量向赤道散布，并将其温度加热到仅由太阳加热情况下的两倍。

“这项研究结果对我们了解行星上层大气的总体情况至关重要，同时也是卡西尼号留给我们的重要遗产。”作家，同时也是卡西尼紫外线成像光谱仪(UVIS)团队的成员 - 汤米.科斯基宁（Tommi Koskinen）这样说。“它们有助于明确这样一个问题:为什么大气层的最上层温度如此之高，而大气层的其余部分却由于距离太阳太远而很冷。”

卡西尼号是一个由位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室管理的轨道飞行器，他在耗尽燃料供应前对土星进行了长达13年的观测。2017年9月，在卡西尼号土星探测器燃料将尽时，科学家控制其坠入了土星的大气层，这么做部分是出于保护由卡西尼号发现的一颗卫星--土卫二(Enceladus-以希腊神话中的巨人恩克拉多斯命名) ，这颗卫星很可能存在适合生命体生存的条件。在坠落之前，卡西尼号围绕土星贡献了22次超近距离运行，完成了它的终场“压轴表演”。

用于绘制土星大气最新温度分布图的关键数据正是在卡西尼号进行“压轴表演”的期间所收集到的。在长达六周的时间里，卡西尼号瞄准了猎户座和大犬座中的几颗明亮的恒星，在他们经过土星时，观察这些恒星在巨大土星背后的升起和落下，以便科学家研究分析这些明亮恒星的光线穿过土星大气时是如何变化的。

测量土星大气的密度为科学家们提供了计算温度所需的信息。（大气的密度会随着海拔减小，减小率则取决于温度。）他们发现温度的峰值出现在土星极光附近，这预示着极光电流加热了土星的上层大气。

另外，结合密度及温度的测量数据，科学家们可以计算得出土星上的风速。上层大气是行星与太空相接地方，了解土星的上层大气，是了解太空天气及其对太阳系其他行星和围绕其他恒星运行的系外行星的影响的关键。

卡西尼-惠更斯计划是美国航空航天局（NASA）、欧洲宇航局（ESA）和意大利航天局的一个合作项目。喷气推进实验室（JPL）是加州理工学院设在帕萨迪纳市的一个机构，负责管理美国航空航天局（NASA）位于华盛顿的科学任务理事会的科研任务。卡西尼号轨道飞行器就是有喷气推进实验室（JPL）负责设计、开发和组装的。

作者: Tony Greicius

FY: 长袜子贼

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