没有什么能永远保密，这个非同寻常的谜团已经让天文学家困惑了四十载。 土星标志性的环系统正在加热该行星的上层大气。 据 NASA 称，这种现象在太阳系中从未见过，土星及其庞大的环之间出人意料的相互作用，可能成为预测其他恒星周围行星是否拥有类似土星的环系统的工具。
这些发现于 3 月 30 日发表在《行星科学杂志》上。
导致土星泄露其秘密的证据是过量的紫外线辐射，这在土星大气层中表现为热氢的光谱线。这种辐射的增加表明，有东西正在从外部加热和污染该行星的上层大气。
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根据该论文，最可行的解释是，冰冷的环粒子落入土星大气层导致了这种加热。一些因素可能导致了这场粒子雨，包括微陨石的撞击、太阳风粒子的轰击、太阳紫外线辐射，或带电尘埃的电磁力。此外，土星的引力场正在将粒子吸入行星，而这一切正在发生。
2017 年，NASA 的卡西尼探测器坠入土星大气层并测量了大气成分，证实确实有许多粒子从环上落入。这项新发现使用了卡西尼号的数据，以及 NASA 的哈勃太空望远镜、旅行者 1 号和 2 号探测器以及已退役的国际紫外线探测器任务的观测结果。
“尽管环的缓慢解体是众所周知的，但它对行星原子氢的影响是令人惊讶的。从卡西尼探测器那里，我们已经知道了环的影响。然而，我们对原子氢含量一无所知，”天文学家兼合著者、巴黎天体物理研究所和月球与行星实验室的 Lotfi Ben-Jaffel 在一份声明中说。
“一切都源于环粒子在特定纬度向大气层坠落。它们改变了上层大气，改变了成分，”Ben-Jaffel 说。“然后你还有与大气气体发生的碰撞过程，这很可能在特定高度加热了大气层。”
为了得出这一结论，Ben-Jaffel 整理了四项研究这个被环绕的行星的不同航天任务的紫外线（UV）观测档案。在这 40 年的航天任务中，天文学家们一直将这些测量结果视为探测器中的噪音。到 2004 年 卡西尼号任务抵达土星时，它也收集了数年的大气紫外线数据。一些额外的解密数据来自哈勃以及国际紫外线探测器，这是 NASA、欧洲空间局和英国科学与工程研究理事会于 1978 年发射的一次国际合作项目。
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几十年的数据中存在的疑问是，所有这些数据是否都是虚幻的，还是实际上反映了土星上真实的现象。
关键在于 Ben-Jaffel 决定使用哈勃太空望远镜成像光谱仪（STIS）的测量数据。这些对土星的精确观测帮助校准了所有其他四项观测土星的航天任务的紫外线档案数据。他将 STIS 的土星紫外线观测与多个航天任务和仪器发出的光分布进行了比较。
“当一切都校准好后，我们清楚地看到，所有任务的光谱都是一致的。这是可能的，因为我们有一个来自哈勃的相同参考点，关于几十年来的大气能量转移速率，”Ben-Jaffel 说道。“这对我来说确实是一个惊喜。我只是把不同的光分布数据放在一起，然后我才意识到，哇——它们是一样的。”
四十年的紫外线数据涵盖了多个太阳周期，并帮助天文学家研究太阳对土星的季节性影响。汇集和校准这些数据帮助 Ben-Jaffel 发现紫外线辐射水平没有差异。紫外线辐射水平可以“在任何时间、任何位置”进行追踪，这表明来自土星环的稳定冰雨是最佳解释。
这项研究的一些下一步目标包括研究如何将其应用于围绕其他恒星运行的行星。
