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卡西尼-惠更斯号宇宙飞船在土星大气层中发现了什么?

Leonard Kelley拥有物理学学士学位,辅修数学。他热爱学术世界,并努力不断探索。

继续往下读,了解卡西尼-惠更斯号宇宙飞船对土星大气层的发现。

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卡西尼-惠更斯号揭示了土星系统的许多信息,包括土星环、卫星和行星信息。我们将在这里讨论的是大气层的细节,揭示了在此之前一直隐藏在土星中心深处的新细节。

令人惊讶的辐射

2004年12月,有报道称在土星的云层和内环之间发现了一个辐射环。这是出乎意料的,因为辐射会被物质吸收,所以它如何毫发无损地到达那里是一个谜。

约翰霍普金斯大学的唐·米切尔(Don Mitchell)提出理论,外层带中的质子和氦离子等带正电的粒子(它们本身是从宇宙源捕获的)与来自土星周围冷气体的电子(带负电的粒子)合并。这就产生了可以在磁场中自由移动的中性原子。最终,它们失去了对电子的控制,又会带正电,可能就在内部区域。一些可能会撞向土星,改变它的温度,可能还会改变它的化学成分。

卡西尼号任务结束后的证据不仅证实了这一点,而且令人惊讶地发现D环有两个小卫星(D73和D68)在这个区域移动,并有效地捕获了在这个过程中由于不同密度而形成的质子(Webb 13, Lewis)。

上半球的变色实际上是…一个雷雨!

上半球的变色实际上是…一个雷雨!

雷暴

美国宇航局戈达德空间研究所的大气科学家安东尼·德尔格尼奥通过卡西尼号发现,土星也有像地球上一样的雷暴。也就是说,它们也会发出静电放电。与地球不同的是,风暴深入大气层30英里(比地球深3倍)。卡西尼号还测量了赤道的风速,风速为230-450英里/小时,比旅行者1号测量的1000英里/小时有所下降。安东尼不确定为什么会发生这种变化(什么都没有)。

卡西尼号在土星南极发现了一场风暴,观测到了另一个与地球天气相似的天气。它有5000英里宽,风速每小时350英里!它在外观上与地球上的飓风相似,但最大的不同是缺乏水。因此,由于水力学控制着地球上的飓风,土星的风暴一定是由其他机制引起的。此外,风暴盘旋在极点上方并旋转,不移动(石头12)。

现在,有了这样的发现,可能会让人惊讶的是,土星的可怕风暴,似乎每30年循环一次,却没有得到太多的关注。但他们确实应该这么做。卡西尼号的数据似乎指向了一个有趣的机制,它是这样的:首先,一场小型风暴经过,并以降水的形式将上层大气中的水分带走。在土星上,它以氢和氦的形式存在,降水落在云层之间。这引起了热的传递,导致温度下降。几十年后,足够多的冷空气聚集在低层,形成对流,从而形成风暴(Haynes, Nething 12, JPL)。

能源

除了这些雷暴模式,土星与地球还有另一个不同之处。科学家发现,土星的能量输出在每个半球都不一样,南半球比北半球多辐射17%左右。CIRS仪器检测到了这一结果,科学家们认为有几个因素在起作用。

一个是云量,从2005年到2009年波动很大,这是这种能量变化的窗口。它也与季节的变化相匹配。但当与旅行者1号1980-81年的数据进行比较时,能量变化远远大于当时,这可能暗示了土星云层上的位置变化,甚至是太阳辐射的变化(戈达德太空飞行中心)。

2013年土星北极的假彩色图像。

2013年土星北极的假彩色图像。

六边形的

但是,如果我不提土星的北极,那就是我的疏忽了,在所有的东西中,它是一个六角形的图案。是的,这张照片是真实的,自从1981年旅行者号发现它以来,它真的是一个了不起的发现。卡西尼号的数据只会让它变得更冷,因为这个六边形可能像一座塔一样,通过被发现形成的风暴和漩涡,将能量从地表以下输送到顶部。至于六边形最初是如何形成的,以及它如何随着时间的推移保持如此稳定,这仍然是一个谜(Gohd)。

作品的引用

戈达德太空飞行中心。《卡西尼号揭示土星处于宇宙调光开关》Astronomy.com.卡尔巴赫出版公司,2010年11月11日。2017年6月24日。

Gohd,切尔西。“土星的六边形可以是一座巨大的塔。”astronomy.com.Kalmbach出版公司,2018年9月5日。2018年11月16日。

海恩斯,科里。“土星风暴的解释。”天文学2015年8月:12。打印。

喷气推进实验室。“美国宇航局资助的研究解释了土星史诗般的脾气。”Astronomy.com.卡尔巴赫出版公司,2015年4月14日。2018年8月27日。

刘易斯,本。“卡西尼号的数据揭示了土星被囚禁的质子层。”cosmosmagazine.com.宇宙。2018年11月19日。

没什么,洁莎·福特。“卡西尼观察:风暴土星。”发现2005年2月:12。打印。

石头,亚历克斯。“宇宙卡特里娜飓风。”发现2007年2月:12。打印。

韦伯,萨拉。“卡西尼观察:土星的隐形带”发现2004年12月:13。打印。

©2022 Leonard Kelley

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