據《每日電訊》、物理學家組織網近日報道，英國萊斯特大學的研究人員在分析由美國國家航空航天局（NASA）提供的凱克天文臺觀測數據后，跟蹤到土星環(huán)產生的“雨”即帶電水粒子進入大氣層中，并發(fā)現(xiàn)該“環(huán)雨”的程度相當之大超乎預想，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，因為它解釋了為什么幾十年來對于土星一些緯度的觀察會顯示出電子密度異常之低。
該論文的合著者之一、NASA噴氣推進實驗室的凱文·巴恩斯說：“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動是位于其上12萬英里（20萬公里）的環(huán)粒子，其影響到部分大氣溫度里粒子的種類。”
在20世紀80年代初，從NASA“旅行者”號飛船發(fā)來的圖像顯示，在土星上出現(xiàn)二三個暗帶，科學家推測，這是從土星環(huán)下落的水在給這些地帶“沐浴”。而直到2011年，天文學家借助凱克天文臺的近紅外光譜儀（NIRSPEC）才再一次觀察到這些暗帶，并可以清楚地看到土星明亮部分細微的排放物。
土星電離層產生了“環(huán)雨”效應后，就會產生帶電粒子，否則中性大氣層會暴露在高能粒子流或太陽輻射中。當科學家觀察追蹤到一個由三個氫原子（而不是通常的兩個）組成的特定氫分子的排放模式，就會期望看到這顆行星范圍內均勻的紅外發(fā)光，而他們最終觀察到的卻是一系列類似這顆星球環(huán)狀圖案的光明與黑暗地帶。土星磁場帶在整個行星大氣層中“映射”出富含水環(huán)與無水空白帶的不同。
研究人員推測，帶電水粒子被土星磁場與中和發(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”號發(fā)出的圖像所顯示出的范圍更大。地球和木星都有一個非常均勻的赤道發(fā)光區(qū)，科學家預計這種格局在土星上也存在，但卻觀察到了在不同緯度的戲劇性差異。
該論文的共同作者之一、萊斯特大學的湯姆·斯托拉德說：“木星在整個赤道地區(qū)都是均勻地發(fā)光，土星會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’號飛船上的儀器試圖調查這些特性。如果成功，‘卡西尼’號可以使我們更詳細地查出水消除電離粒子方式的更多細節(jié)，例如不同時刻在海拔或效應上的變化。”