科学探索|科学家发现一个从未见过的机制为土星上巨大的极光提供动力科学家发现一个从未见过的机

【科学探索|科学家发现一个从未见过的机制为土星上巨大的极光提供动力】在迄今为止观察到的行星中，土星是独一无二的，因为它的一些极光是由其自身大气层中的旋转风产生的，而不仅仅是来自于行星周围的磁层。在所有其他观察到的行星上，包括地球，极光只由从周围的磁层流入行星大气层的强大电流形成。这些都是由与来自太阳的带电粒子的相互作用（如在地球）或从围绕行星的卫星上喷发的火山物质（如在木星和土星）所驱动。

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现在莱斯特大学的太空科学家们发现了一种从未见过的机制，为土星的巨大行星极光提供动力。这一发现改变了科学家对行星极光的理解，并回答了2004年到达土星的NASA卡西尼号探测器提出的第一个谜团，为什么我们不能轻易测量环形行星上一天的长度？当它第一次到达土星时，卡西尼号试图通过追踪来自土星大气层的无线电发射"脉冲"来测量决定其一天长度的该行星自转率。令测量者非常惊讶的是，自1981年最后一个飞过该行星的航天器旅行者2号以来的20年里，该速率似乎已经发生了变化。
土星的内部自转率必须是恒定的，但是几十年来，研究人员已经表明，与该行星有关的众多周期性属性往往会随着时间的推移而改变。更重要的是，在北半球和南半球也看到了独立的周期性特征，这些特征本身在这个星球上的一个季节里也会变化。我们对行星内部物理学的理解告诉我们，行星的真实自转率不可能变化得这么快，所以土星上一定发生了一些独特而奇怪的事情。自从美国宇航局卡西尼号任务出现以来，已经有几种理论试图解释这些观察到的周期性背后的机制。这项研究代表了对基本驱动力的首次探测，它位于该行星的高层大气中，产生了观察到的行星周期性和极光。
研究人员利用夏威夷的凯克天文台测量了这个气体巨头高层大气的红外辐射，并在2017年的一个月内绘制了土星电离层（远在磁层之下）的变化流。这张地图显示出该行星的极光有很大一部分是由其大气层中的天气漩涡模式产生的，并且是该行星观察到的可变旋转速率的原因。研究人员认为该系统是由来自土星热层能量驱动，在电离层观察到的风速在每秒0.3到3.0公里之间。

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这项研究通过最终确定无线电脉冲的神秘变异性的来源，消除了对土星的批量旋转率和土星上一天长度的许多困惑。由于在土星上观察到的可变旋转率，科学家们一直无法使用有规律的无线电发射脉冲来计算批量内部旋转率。幸运的是，卡西尼号的科学家们利用土星复杂的环形系统中的重力引起的扰动开发了一种新的方法，现在似乎是测量该行星大体旋转周期的最精确手段，该周期在2019年被确定为10小时33分38秒。