科學家發現土星極光具有週期性(圖)

在這張採用哈勃空間望遠鏡先進巡天相機拍攝的照片上，土星兩極都可以見到極光，拍攝時間是2009年 圖像版權：Jonathan Nichols, NASA, ESA, University of Leicester

據國外媒體報導，土星擁有極光，這種有如幽靈般的紫外光照亮這顆氣體巨行星的北極地區上空。最近研究人員發現土星的極光和其無線電輻射之間存在密切聯繫。土星極光的發生存在大致11小時的週期性，這是土星上一天的長度。

「因為兩個原因，使這一發現非常重要，」喬納森·尼古拉斯(Jonathan Nichols)說。他來自英國萊切斯特大學，他領導了此項研究。「首先，這一發現證實了我們長久以來的猜測，那就是土星極光與其無線電輻射之間存在關聯；第二，它讓我們多了一種瞭解土星極光不規律性的工具。」

和所有擁有磁場的行星一樣，土星會通過其兩極向空間發送無線電輻射。這些輻射具有大約11小時的週期。1977年，美國宇航局發射了兩個旅行者行星際飛船，它們飛越土星附近時對其輻射現象進行了考察。這種11小時的週期當時被認為是土星自轉週期造成的。但隨後多年的觀測卻發現土星的無線電輻射週期規律發生了變化。因為一顆行星的自轉週期不會輕易在短期內改變，因此這種輻射週期的神秘變化讓行星科學家們倍感困惑。

同樣的，對於土星自轉週期的長度也引發了激烈爭論。因為土星是一顆氣態巨行星，它沒有固體表面，因而很難找到一個可以用來判斷其自轉週期的固定參考點。而在這次的研究中，科學家揭示出這樣一個事實，那就是不僅土星的無線電輻射有週期性，其極光現象同樣存在週期性。

在地球上，極光是宇宙中帶電粒子沿地球磁力線下降到低空，與地球大氣中的氮原子和氧原子發生碰撞導致的發光現象。地球上極光發生的主要原因是太陽風粒子的衝擊。而對於土星，其主要的粒子源是它的眾多衛星，尤以土衛二和土衛一最為典型。這些衛星向太空釋放大量粒子，從而引發土星極光。科學家很早便猜測這些帶電粒子再向土星兩極運動時會產生無線電波，但是他們沒有觀察到土星極光的發生具有任何規律性，這讓研究人員非常困惑，因為這兩種現象應當是相互聯繫的。

然而在此次最新的研究中，尼古拉斯及其團隊首次將土星的無線電週期與土星的極光週期進行對比。與此同時還調出了哈勃空間望遠鏡 2005~2009年間的全部土星極光照片進行對比分析。功夫不負有心人，他們終於找出了土星極光發生的週期性規律。

「這項發現證實了土星的極光與無線電之間確實存在物理聯繫，正如事先預料的一樣，」尼古拉斯說。「這種聯繫非常重要，因為它暗示土星的無線電輻射確實是在土星極光的產生過程中出現的，而這可以借由正在土星軌道工作的美國-歐洲合作的卡西尼土星探測器進行考察。這樣一來，我們在解決土星無線電輻射週期變化謎團的道路上又往前邁進了一步。」

此項研究成果將被發表在8月6日出版的《地球物理學研究快報》上。