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標題: 土星環上的冰雨從何而來﹖ [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2023-8-12 01:20 AM 標題: 土星環上的冰雨從何而來﹖

本帖最後由 jiunn36 於 2023-8-12 01:21 AM 編輯

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　　土星以其豐富的光環系統而聞名﹐你甚至可以僅僅通過一個小型望遠鏡看到土星的光環。天文學家說﹐這些環比看起來更有活力。但是他們也表明冰冷的土星環顆粒像雨點一樣落在土星上﹐加熱了土星的高層大氣。哈勃太空望遠鏡的觀測幫助將所有在紫外線下收集的證據聯繫在一起。這些結果可能有助於天文學家瞭解系外行星是否有星環系統。雖然我們觀測不到遙遠的行星環﹐但遙遠行星的紫外光譜可能會提供線索。
　　這個秘密已經在眾目睽睽之下隱藏了40年。但是巴黎天體物理研究所和亞利桑那大學月球與行星實驗室的魯特非·本·查飛爾除了利用美國宇航局的哈勃太空望遠鏡和退役的卡西尼探測器對土星的觀測外﹐還利用了旅行者1號和2號航天器以及退役的國際紫外線探測器任務的數據。研究表明﹐來自土星環的冰「雨」正在加熱這個氣體巨行星的大氣層﹐這是在我們的太陽系中以前從未發現過的現象。這是土星和土星環之間意想不到的相互作用﹐可能會為預測其他恆星周圍的行星是否也有類似土星這種豐富的光環系統提供一個工具。證據是過量的紫外線輻射﹐科學家將其視為土星大氣中熱氫的光譜線。輻射的增加意味著有什麼東西正在從外部污染和加熱上層大氣。
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　　這種升溫最可能的原因是冰環粒子落到了土星的大氣中。也許是因為微小的太空隕石﹑太陽風的撞擊﹑來自太陽的紫外線或者是磁力抓住了帶電塵埃的緣故。這一切的發生都是因為在土星引力場的影響下把粒子拉進了土星。2017年美國宇航局的卡西尼號探測器用俯衝到土星的大氣層的方式結束任務的同時檢測了空氣成分﹐證實了大量粒子來自於土星環。本·查飛爾在2023年3月30日發表在《行星科學雜誌》上的一篇論文說﹕「雖然我們已經從卡西尼號探測器中瞭解了土星環的影響﹐但發現它們對行星氫原子的影響卻是十分震撼的。我們之前對氫原子的含量一無所知。其實所有的一切都是由環狀粒子驅動的﹐這些環狀粒子在特定緯度層流到大氣中。它們改變了上層大氣﹐改變了組成。然後這些與大氣氣體的碰撞過程可能會加熱特定高度的大氣。」。
　　本·查飛爾的結論需要將研究土星的四次太空任務的檔案紫外線(UV)觀測資料匯總在一起。包括了美國國家航空航天局的兩個旅行者號探測器在20世紀80年代飛越土星並測量出過剩的紫外線的觀測結果。但是在那時天文學家認為這些測量結果是探測器發出的噪音。卡西尼號於2004年抵達土星也花費很多年收集了大氣層的紫外線數據。其他數據來自哈勃望遠鏡和由美國宇航局(NASA)﹐歐洲航天局(ESA)和英國科學與工程研究委員會(the United Kingdom's Science and Engineering Research Council)共同合作的於1978年發射的國際紫外線探測器。但最大的問題是所有這些數據是否只是一種幻象﹐或者它是否真的反映了土星上的真實現象。
　　解開謎團的關鍵在於本·查飛爾使用的哈勃太空望遠鏡成像光譜儀(STIS)的測量結果。科學家們利用它對土星的精確觀測來校準來自其他四個觀測土星的太空任務的檔案紫外線數據。他將光譜儀(STIS)對土星的紫外線觀測與多個太空任務和儀器的光分佈進行了比較。本·查飛爾說﹕「當我們校準所有東西時﹐可以清楚地看到﹐所有得到的的光譜都是一致的。這可能是因為我們有相同的參考點﹐在過去的幾十年裡﹐我們測量了從大氣﹐哈勃望遠鏡中轉移出來的能量速率。這對我來說是一個驚喜。我只是把不同的光分佈數據畫在一起﹐然後突然意識到﹐它們都是一樣的。」。
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　　經過40年收集多個涵蓋了多個太陽週期的紫外線數據﹐天文學家現在可以研究太陽對土星的季節性影響。通過將所有這些不同的數據彙集在一起並進行校準﹐本·查飛爾發現紫外線輻射水平沒有差異。他說﹕「在地球上的任何位置﹐我們都可以探測紫外線的輻射水平」這表明土星環上穩定的「冰雨」是最好的解釋。本·查飛爾繼續說﹕「我們才剛剛開始研究行星上層大氣的環表徵效應。我們最終希望有一種全球性的方法﹐能夠產生關於遙遠星球大氣的真正特徵。這項研究的目標之一是看看我們如何將其應用於圍繞其他恆星運行的行星。我們可以把它稱為尋找『外環』。」。
　　一項新的發現表明﹐土星環上持續的冰雨影響了這個氣體巨星的大氣。這一發現可能有助於發現系外行星周圍的星環。

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