天文学家发现从土星环上掉下的雨

这个艺术家的概念说明了带电的水颗粒如何从行星环流入土星大气中，从而导致大气亮度降低。观测是在美国国家航空航天局的资助下，由位于夏威夷莫纳克亚的W. M. Keck天文台进行的。该分析由英国莱斯特大学领导。

研究人员使用W. M. Keck天文台揭示了带电水颗粒对土星高层大气的影响。

夏威夷，卡缪拉–美国宇航局资助WM凯克天文台的观测，并由英国莱斯特大学领导进行分析，追踪带电水颗粒进入土星大气的“雨水”，发现环雨的范围要大得多，并落在地球上比以前想象的更大的区域。研究表明，降雨会影响土星高层大气的组成和温度结构。该论文发表在本周的自然杂志上。

该论文的主要作者，莱斯特大学的研究生研究员詹姆斯·奥多诺格（James O’Donoghue）说：“土星是第一个显示出大气与环系统之间显着相互作用的行星。”“环雨的主要作用是它起到了“熄灭”土星电离层的作用，从而严重降低了其下落区域的电子密度。

奥多诺休（O’Donoghue）说，环对电子密度的影响很重要，因为它解释了为什么数十年来观察到的结果表明，土星某些纬度的电子密度异常低。

该论文的合著者凯文·贝恩斯（Kevin Baines）表示：“事实证明，土星在整个地球范围内的电离层环境和气候的主要驱动力是位于上方36,000英里（60,000公里）上方的环形粒子，”该论文的合著者凯文·贝恩斯（Kevin Baines）说。加利福尼亚帕萨迪纳市推进实验室。“环状颗粒会影响大气温度这一部分中的哪种颗粒。”

在1980年代初期，美国宇航局旅行者号航天器的影像显示土星上有2至3个暗带，科学家们推测水可能从环上喷入了这些带。直到2011年，该团队才使用Keck天文台的NIRSPEC观测到了这颗行星，NIRSPEC是一种独特的近红外光谱仪，结合了宽波长覆盖范围和高光谱分辨率，使观察者可以清楚地看到来自明亮部分的细微辐射。土星。

环状雨的影响发生在土星的电离层（地球具有类似的电离层）中，当原本中性的大气暴露于高能粒子流或太阳辐射时，会产生带电粒子。当科学家追踪由三个氢原子（而不是通常的两个氢原子）组成的特定氢分子的发射模式时，他们期望看到整个行星范围内均匀的红外光。他们观察到的是一系列亮带和暗带，其图案模仿了行星的环。土星的磁场将富水环和环之间的无水间隙“映射”到地球大气中。

他们推测，土星磁场将来自行星环的带电水粒子吸引到行星上，并中和了发光的三原子氢离子。这会留下大的“阴影”，否则将成为行星范围的红外光。这些阴影覆盖了大约25至55度纬度的地球高层大气表面的30％至43％。这比旅行者图像建议的面积要大得多。

地球和木星都有一个非常均匀的赤道区域。科学家们也期望在土星出现这种模式，但是他们却看到了不同纬度上的巨大差异。

论文的共同作者之一汤姆·斯塔拉德说：“木星在赤道区域均匀发光，而土星有暗带，水在其中散落，使电离层变暗。”“我们现在也在尝试使用NASA卡西尼号飞船上的仪器来研究这些功能。如果我们成功了，卡西尼号可以让我们更详细地查看水去除离子粒子的方式，例如海拔的任何变化或一天中的影响。”

凯克天文台的观测时间是由美国国家航空航天局（NASA）资助的。卡西尼－惠更斯号飞行任务是美国宇航局，欧洲航天局和意大利航天局的一项合作项目。该任务由JPL管理，由美国宇航局（NASA）华盛顿科学任务局负责。

W. M. Keck天文台操作着地球上最大，最科学高效的望远镜。夏威夷岛的莫纳克亚山顶上的两个10米光学/红外望远镜配备了一套先进的仪器，包括成像仪，多对象光谱仪，高分辨率光谱仪，积分场光谱仪和世界领先的激光仪导星自适应光学系统。天文台是一家私人501（c）3非营利组织，是加州理工学院，加利福尼亚大学和NASA的科学合作伙伴关系。

出版物：J. O’Donoghue等人，“环'雨'对土星低纬电离层的控制”，《自然》杂志，第496页，193-195年（2013年4月11日）； doi：10.1038 / nature12049

图像：信用：NASA / JPL-Caltech /空间科学研究所/莱斯特大学