来自土星环的降雨 肉眼看不见
▲来自土星环的降雨。(图／引用自台北天文馆之网路天文馆网站)
刊载在「自然」(Nature)期刊的最新研究指出，英国列斯特大学的天文学家James O'Donoghue等人，利用夏威夷的凯克II望远镜(Keck II telescope)观察土星电离层中带电氢离子所发出的辐射，发现有带电的水从由6万公里高的土星环落往土星，这些降雨会影响部分土星高层大气的组成及温度结构，形成深色的暗纹。土星的高层大气与土星环有着密切的交互作用，来自土星环的雨水落向电离层(ionosphere)，大幅降低了该局部区域的电子浓度。这解释了过去几十年来，为何我们观测到土星某些纬度的电子浓度非常低的问题，也帮助科学家更了解土星环系统的起源与演化，以及土星大气层的改变。(右图：土星随四季推移而变色。取自news.discovery.com)在1980年代早期，美国航太总署(NASA)的航海家号(Voyager)太空船就拍摄到土星上有2到3条暗纹，科学家推测可能是由土星环落下的雨水所造成，但直到2011年4月科学家利用凯克II望远镜在近红外线波段的观察，才又看到这些平行于赤道的暗纹。
在土星的电离层中，中性的大气层被高能量粒子或太阳辐射游离，而产生带电粒子。科学家追踪一种带有3个质子的特殊氢离子(三原子氢)时，原本以为会看到整个星球均匀地在红外波段发光，没想到却观察到一系列亮暗相间的条纹。暗纹约占了土星上层大气纬度25到55度的30-43%，这比当初航海家号任务所拍到的影像还大得多。
▼不规律的土星B环。(图／引用自台北天文馆之网路天文馆网站)
根据研究团队的计算，土星电离层的暗纹和土星环上最亮最密的区域被磁场连结。来自太阳的辐射游离了水分子，然后被行星的磁场扫过并拉向土星，当这些带电粒子撞击电离层，便会摧毁发光的三原子氢。因此，土星环最亮最密的部分制造了最大的降雨，在发光的电离层上画上了暗纹。
土星环的环缝没有产生降雨，便留下了原本发亮的亮条。本篇论文作者之一的Steve Miller表示，这些暗纹只有在特定的红外波段可见，即使我们在土星的卫星上也无法用肉眼看见它们，而木星的电离层看起来就均匀得多。O'Donoghue估计，每天土星环会降下1到10个奥运规格游泳池的水到土星的电离层上。这项研究成果解释了长久以来难解的一些谜团：像是为什么土星电离层的温度比预期还要高上几百度，降雨中的带电的水分子可能就提供了加热所需的额外能源；另外，土星低层大气比预期更湿，可能也是因为来自土星环的降雨所造成。天文学家接下来将利用卡西尼号上的仪器进行研究，期望能更详细地观察水如何移除电离层中的带电粒子。(文／引用自台北天文馆之网路天文馆网站)
▼太空飞行器「卡西尼号」拍摄到土星在白天罕见的高强度闪电。(图／取自网路)