據(jù)《每日電訊》、物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，英國(guó)萊斯特大學(xué)的研究人員在分析由美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）提供的凱克天文臺(tái)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)后，跟蹤到土星環(huán)產(chǎn)生的“雨”即帶電水粒子進(jìn)入大氣層中，并發(fā)現(xiàn)該“環(huán)雨”的程度相當(dāng)之大超乎預(yù)想，覆蓋到這顆行星的大范圍地區(qū)。此發(fā)現(xiàn)可揭示土星環(huán)雨影響土星上層大氣的部分成分構(gòu)成及溫度。該研究成果刊登在《自然》雜志上。
該論文的主要作者、萊斯特大學(xué)研究員詹姆斯·多諾霍表示，土星是第一顆顯示大氣層與環(huán)系統(tǒng)之間有顯著相互作用的行星。“環(huán)雨”主要作用是可以給土星電離層（地球也有類(lèi)似的電離層）“解渴”，其落到的區(qū)域電子密度大大降低。發(fā)現(xiàn)“環(huán)雨”影響電子密度是很重要的，因?yàn)樗忉屃藶槭裁磶资陙?lái)對(duì)于土星一些緯度的觀(guān)察會(huì)顯示出電子密度異常之低。
該論文的合著者之一、NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的凱文·巴恩斯說(shuō)：“由此證明，土星電離層環(huán)境和貫穿這顆廣袤星球氣候的主要驅(qū)動(dòng)是位于其上12萬(wàn)英里（20萬(wàn)公里）的環(huán)粒子，其影響到部分大氣溫度里粒子的種類(lèi)。”
在20世紀(jì)80年代初，從NASA“旅行者”號(hào)飛船發(fā)來(lái)的圖像顯示，在土星上出現(xiàn)二三個(gè)暗帶，科學(xué)家推測(cè)，這是從土星環(huán)下落的水在給這些地帶“沐浴”。而直到2011年，天文學(xué)家借助凱克天文臺(tái)的近紅外光譜儀（NIRSPEC）才再一次觀(guān)察到這些暗帶，并可以清楚地看到土星明亮部分細(xì)微的排放物。
土星電離層產(chǎn)生了“環(huán)雨”效應(yīng)后，就會(huì)產(chǎn)生帶電粒子，否則中性大氣層會(huì)暴露在高能粒子流或太陽(yáng)輻射中。當(dāng)科學(xué)家觀(guān)察追蹤到一個(gè)由三個(gè)氫原子（而不是通常的兩個(gè)）組成的特定氫分子的排放模式，就會(huì)期望看到這顆行星范圍內(nèi)均勻的紅外發(fā)光，而他們最終觀(guān)察到的卻是一系列類(lèi)似這顆星球環(huán)狀圖案的光明與黑暗地帶。土星磁場(chǎng)帶在整個(gè)行星大氣層中“映射”出富含水環(huán)與無(wú)水空白帶的不同。
研究人員推測(cè)，帶電水粒子被土星磁場(chǎng)與中和發(fā)光的三原子氫離子拽向土星，從而在原本全行星的紅外發(fā)光中形成大“陰影”。這些陰影覆蓋這顆星球上層大氣表面緯度約25度至55度的30%至43%，這比之前由“旅行者”號(hào)發(fā)出的圖像所顯示出的范圍更大。地球和木星都有一個(gè)非常均勻的赤道發(fā)光區(qū)，科學(xué)家預(yù)計(jì)這種格局在土星上也存在，但卻觀(guān)察到了在不同緯度的戲劇性差異。
該論文的共同作者之一、萊斯特大學(xué)的湯姆·斯托拉德說(shuō)：“木星在整個(gè)赤道地區(qū)都是均勻地發(fā)光，土星會(huì)有水降落在暗帶使電離層變暗。我們現(xiàn)在也在采用NASA‘卡西尼’號(hào)飛船上的儀器試圖調(diào)查這些特性。如果成功，‘卡西尼’號(hào)可以使我們更詳細(xì)地查出水消除電離粒子方式的更多細(xì)節(jié)，例如不同時(shí)刻在海拔或效應(yīng)上的變化。”