土星表面的温度约为-140℃，是什么让土星的大气如此炎热？已揭秘
星星知火2020-04-08 16:00
土星、木星、天王星和海王星等气体巨星大气的上层是热得，就像地球一样。但与地球不同的是，太阳离这些外行星太远，无法解释高温的原因。它们的热源一直是行星科学中最大的谜团之一。
美国国家航空航天局(NASA)卡西尼号(Cassini)航天器的最新数据分析发现，土星上层(可能还有其他气态巨行星)之所以如此炙热，一个可行的解释是：极光出现在土星的南北两极。由太阳风和来自土星卫星的带电粒子之间的相互作用所触发的电流，点燃了极光，并加热了上层大气。(就像研究地球的北极光一样，研究极光能告诉科学家地球的大气层正在发生什么。)
这项研究发表在今天的《自然天文学》杂志上，它是迄今为止对一颗气态巨星的上层大气的温度和密度所做的最完整的测绘。
太阳系“了解动态真的需要全局的视角。该研究的主要作者、亚利桑那大学月球与行星实验室的研究生扎拉·布朗说：“这是我们第一次能够从一个极点到另一个极点观察高层大气，同时还能看到温度是如何随深度变化的。”
通过建立大气中热量循环的完整图像，科学家们能够更好地理解极光电流是如何加热土星大气上层并驱动风的。全球风能系统可以将这些最初储存在两极附近的能量分配到赤道地区，将它们加热到两倍于太阳加热的温度。
“这些结果对我们对行星上层大气的普遍了解至关重要，也是卡西尼号遗产的重要组成部分，”研究报告的合著者、卡西尼号紫外线成像光谱仪小组的成员托米·科斯基宁说。“他们帮助解决了这样一个问题：为什么大气的最上层是如此的热，而其余的大气——由于离太阳的距离很大——是寒冷的。”
卡西尼号由美国宇航局位于南加州的喷气推进实验室管理，它是一个轨道飞行器，在耗尽土星的燃料供应之前，对土星进行了长达13年的观测。卡西尼号于2017年9月进入土卫二大气层，部分原因是为了保护其卫星土卫二。卡西尼号发现土卫二可能具备适合生命生存的条件。但在卡西尼号坠落之前，它完成了土星的22次超近轨道运行，这是一次被称为“大结局”的最后一次旅行。
在大结局期间，为土星大气的新温度图收集了关键数据。在六周的时间里，卡西尼号瞄准了猎户座和大犬座星座中的几颗明亮的恒星，它们从土星后面经过。当宇宙飞船观察到恒星在这颗巨大的行星后面升起和落下时，科学家们分析了星光在穿过大气层时是如何变化的。
测量大气的密度给了科学家们找到温度所需的信息。密度随海拔高度的增加而降低，降低的速度与温度有关。他们发现温度在极光附近达到峰值，这表明极光电流加热了上层大气。
密度和温度的测量一起帮助科学家计算出风速。了解土星的上层大气，即行星与太空相遇的地方，是了解太空天气及其对太阳系其他行星和围绕其他恒星的系外行星的影响的关键。
“尽管已经发现了成千上万的系外行星，但只有我们太阳系的行星可以进行这种详细的研究。多亏了卡西尼号，我们现在比宇宙中任何其他巨型行星都更详细地了解了土星的上层大气，”布朗说。
卡西尼-惠更斯计划是美国国家航空航天局、欧洲航天局和意大利航天局的合作项目。NASA的喷气推进实验室(JPL)是位于帕萨迪纳市的加州理工学院(Caltech)的一个分支机构，负责为位于华盛顿的NASA科学任务理事会(Science mission Directorate)管理这项任务。喷气推进实验室设计、开发和组装了卡西尼号轨道飞行器。
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