土星環可能是使其大氣層中產生熱點的原因之一

自從我們在 20 世紀 70 年代中期首次注意到以來，科學家們一直對土星的萊曼α核球（Lyman-alpha (Lyα) bulge）感到好奇：這是氫原子在特定類型的電子轉變過程中發出的一條特別明亮的紫外光條。

現在一項新的研究解釋了來自土星環的冰粒雨是如何通過我們仍未完全了解的進階化學反應，在該行星的上層大氣中發揮作用使其升溫。

據 NASA 稱，這是我們第一次在太陽系中觀察到這種現象。該研究背後的團隊認為，這個新資訊可用於尋找其他具有與土星環相似構造的行星。

法國巴黎天體物理研究所的天文學家 Lotfi Ben-Jaffel 說：「一切都是由環形粒子在特定緯度上進入大氣層所驅動。他們改變了上層大氣，改變了成分。接著環形粒子還會與大氣氣體碰撞，在達到特定高度時會加熱大氣。」

我們已經知道了環雨（ring rain），也就是土星周圍的巨大環正在分解成行星本身的方式。據專家稱，行星環可能會在 1 億年內完全消失。

但我們不知道的是環雨與氫的相互作用。研究人員研究了航海家 1 號（Voyager 1）、航海家 2 號（Voyager 2）、卡西尼號太空探測器（Cassini spacecraft）、國際紫外線探測衛星（International Ultraviolet Explorer）以及哈伯太空望遠鏡的紫外線讀數，以獲得一致的 Lyα 發射數據。

當最初獲取其中一些數據時，紫外線讀數被認為是來自探測器本身的噪音干擾。不過現在，研究人員已經表示，在土星的北半球確實有一條更亮的 Lyα 發射光帶。

Ben-Jaffel 說：「當一切都被校准後，我們清楚地看到光譜在所有的探測任務中都是一致的。這是因為我們有哈伯望遠鏡這幾十年來測量的大氣能量轉移率做為參考數值。」

「這對我來說真的是一個驚喜。我只是將不同的光分佈數據繪製在一起，然後我意識到，哇——它們是一樣的。」

土星的大氣層含有 75% 的氫氣和 25% 的氦氣，還有少量其他物質，也有大量的風，風在土星赤道上每小時可達 1,800 公里的風速。而土星大氣層的溫度範圍從大約 -130 °C 到 80 °C 左右。

各類探測器收集的數據涵蓋了數年的時間，使科學家能夠研究土星的多個季節和太陽週期。因此這次發現的紫外線特性和光譜一致性都意味著冰環雨是最有可能的解釋。

正如研究人員所指出的，這是系外行星變化的更多證據——例如，木星具有與土星不同類型的萊曼 α 核球（Lyman-alpha (Lyα) bulge）。

隨著我們的望遠鏡設備更加進化，並且可以看到周圍更多太空的樣貌和細節，這些都是未來在數據分析上非常有用的訊息。

Ben-Jaffel 說：「我們才剛開始了解行星上層大氣的環狀特徵效應。我們最終希望有一種共通的方法，可以了解關於其他星球大氣層的真實特徵。」

「這項研究的目標之一是了解我們如何將其應用於圍繞其他恆星運行的行星，也可以說是尋找『外環』。」

該研究已發表在《行星科學雜誌 (Planetary Science Journal) 》上。

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資料來源：

• Nield, D. (05 April 2023). Saturn's Rings Could Be The Cause of a Mysterious Hot Spot in Its. ScienceAlert
• Ben-Jaffel, L., Moses, J. I., West, R. A., Aye, K., Bradley, E. T., Clarke, J. T., Holberg J. B., & Ballester, G. E. (2023). The Enigmatic Abundance of Atomic Hydrogen in Saturn's Upper Atmosphere. Planetary Science Journal (DOI 10.3847/PSJ/acaf78)
• 圖片來源：https://www.sciencealert.com/saturns-rings-could-be-the-cause-of-a-mysterious-hot-spot-in-its-atmosphere (SciePro/Science Photo Library/Getty Images)