土星环一直在慢慢加热其大气层

没有什么可以永远保密，而这个超自然的谜团已经困扰天文学家四十年了。土星标志性的环系统正在加热该星球的高层大气。据 NASA 称，这种现象在太阳系中从未见过，土星与其巨大环之间的意外相互作用可以提供一种工具来预测其他恒星周围的行星是否具有像土星一样的环系统。

该研究结果于3月30日发表在《行星科学杂志》上。

导致土星泄露秘密的证据是过量的紫外线辐射，这被视为土星大气中热氢的光谱线。辐射的激增表明有某种物质正在从外部加热和污染该行星的上层大气。

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根据该论文，最可行的解释是，冰环粒子雨落到土星大气层，导致这种加热。一些因素可能是造成这种粒子雨的原因，包括微陨石的撞击、太阳风粒子的轰击、太阳紫外线辐射，或电磁力吸收带电尘埃。此外，当这一切发生时，土星的引力场正在将粒子拉向行星。

2017 年，美国宇航局的卡西尼号探测器进入土星大气层并测量了大气成分，证实了许多粒子确实从土星环中落下。这一新发现利用了卡西尼号的数据以及美国宇航局哈勃太空望远镜、航海者 1 号和 2 号航天器以及已退役的国际紫外线探测器任务的观测数据。

“尽管土星环的缓慢瓦解是众所周知的，但它对行星氢原子的影响却令人惊讶。从卡西尼号探测器上，我们已经知道了土星环的影响。然而，我们对氢原子的含量一无所知，”巴黎天体物理研究所和月球与行星实验室的天文学家兼合著者洛特菲·本-贾费尔在一份声明中说。

“一切都是由环状粒子在特定纬度坠入大气所驱动的。它们改变了高层大气，改变了成分，”本-贾费尔说。“然后你还会与大气气体发生碰撞，这些气体可能会加热特定高度的大气。”

为了得出这一结论，本-贾菲尔收集了四个研究这颗环状行星的太空任务的紫外线 (UV) 观测档案。在这些任务中，天文学家们认为这些测量结果是探测器的噪音。到 2004 年，当卡西尼号任务抵达土星时，它还收集了几年内大气层的紫外线数据。一些额外的解密数据来自哈勃望远镜和国际紫外线探测器，后者是美国宇航局、欧洲航天局和英国科学与工程研究委员会于 1978 年启动的国际合作项目。

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数十年的数据中仍然存在一个问题：所有这些数据是否都是虚幻的，或者实际上反映了土星上的真实现象。

关键在于 Ben-Jaffel 决定使用哈勃太空望远镜成像光谱仪 (STIS) 的测量数据。这些对土星的精确观测有助于校准其他四个观测土星的太空任务的档案紫外线数据。他将 STIS 对土星的紫外线观测与来自多个太空任务和仪器的光分布进行了比较。

“当所有东西都校准好后，我们清楚地看到光谱在所有任务中都是一致的。这是可能的，因为我们有相同的参考点，即哈勃望远镜，它测量了数十年来大气能量的传输率，”本-贾费尔说。“这对我来说真是一个惊喜。我只是把不同的光分布数据绘制在一起，然后我意识到，哇——它们是一样的。”

四十年的紫外线数据涵盖了多个太阳周期，有助于天文学家研究太阳对土星的季节性影响。汇总这些数据并进行校准后，本-贾菲尔发现紫外线辐射水平没有差异。紫外线辐射水平可以在“任何时间、地球上的任何位置”进行跟踪，这表明土星环持续不断的冰雨是最好的解释。

这项研究的下一个目标包括观察如何将其应用于围绕其他恒星运行的行星。