刊載在「自然」（Nature）期刊的最新研究指出，英國列斯特大學（University of Leicester）的天文學家James O'Donoghue等人，利用夏威夷的凱克II望遠鏡（Keck II telescope）觀察土星電離層（ionosphere）中帶電氫離子所發出的輻射，發現有帶電的水從由六萬公里高的土星環落往土星，這些降雨會影響部分土星高層大氣的組成及溫度結構，而形成深色的暗紋。
土星的高層大氣與土星環有著密切的交互作用，來自土星環的雨水落向電離層，大幅降低了該局部區域的電子濃度。這解釋了過去幾十年來，為何我們觀測到土星某些緯度的電子濃度非常低的問題，也幫助科學家更瞭解土星環系統的起源與演化，以及土星大氣層的改變。
在1980年代早期，美國航太總署（NASA）的航海家號（Voyager）太空船就拍攝到土星上有兩到三條暗紋，科學家推測可能是由土星環落下的雨水所造成，但直到2011年4月科學家利用凱克II望遠鏡在近紅外線波段的觀察，才又看到這些平行於赤道的暗紋。
在土星的電離層中，中性的大氣層被高能量粒子或太陽輻射游離，而產生帶電粒子。科學家追蹤一種帶有三個質子的特殊氫離子（三原子氫）時，原本以為會看到整個星球均勻地在紅外波段發光，沒想到卻觀察到一系列亮暗相間的條紋。暗紋約占了土星上層大氣緯度25到55度的30-43%，這比當初航海家號任務所拍到的影像還大得多。
根據研究團隊的計算，土星電離層的暗紋和土星環上最亮最密的區域被磁場連結。來自太陽的輻射游離了水分子，然後被行星的磁場掃過並拉向土星，當這些帶電粒子撞擊電離層，便會摧毀發光的三原子氫。因此，土星環最亮最密的部分製造了最大的降雨，在發光的電離層上畫上了暗紋。而土星環的環縫沒有產生降雨，便留下了原本發亮的亮條（請見示意圖）。本篇論文作者之一的Steve Miller表示，這些暗紋只有在特定的紅外波段可見，即使我們在土星的衛星上也無法用肉眼看見它們，而木星的電離層看起來就均勻得多。O'Donoghue則估計，每天土星環會降下1到10個奧運規格游泳池的水到土星的電離層上。
這項研究成果解釋了長久以來難解的一些謎團：像是為什麼土星電離層的溫度比預期還要高上幾百度，降雨中的帶電的水分子可能就提供了加熱所需的額外能源；另外土星低層大氣比預期更濕，可能也是因為來自土星環的降雨所造成。天文學家接下來將利用卡西尼號上的儀器進行研究，期望能更詳細地觀察水如何移除電離層中的帶電粒子。
Editor: Seline
引用自臺北天文館之網路天文館網站http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1011
新聞來源：
http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2013-130
http://www.newscientist.com/article/dn23366-saturns-rings-leave-ghostly-imprint-on-atmosphere.html
沒有留言:
張貼留言