电浆云爆发 解开土星自转速度之谜(图)

2010-12-30 19:52

土星的真实自转速度不断变动之谜已解。

土星周围会周期性地出现大量热电浆云，不仅会让土星磁场变形或膨胀，当它们绕行土星时，会使土星磁场环境的测量产生重复出现讯号，这些讯号遮蔽了土星真正的自转周期讯号，科学家终于得以瞭解为何难以测量土星真正的一天长度。不过现在却出现新的问题：为何会周期性地发生这些电浆云爆发活动？

根据卡西尼号太空船（Cassini）观测资料，科学家发现土星磁场发出的神秘周期性讯号和热电浆（离子气体）之间有因果关系。约翰霍普金斯大学科学家Pontus Brandt等人发现土星周围会周期性地出现大量热电浆云，这些位在土星磁圈中的热电浆云肉眼看不见。点选此处可观看动画

土星磁圈并不是对称的，受到来自太阳的太阳风带电粒子的影响，面对太阳风的一侧被压缩，背对太阳风的一侧则向外延伸，形成所谓的“磁尾（magnetotail）”。通常当磁尾萎缩时，似乎就是热电浆爆发的开始，造成磁圈内侧的磁场向外膨胀。

科学家仍在研究磁尾萎缩的原因，有强烈证据显示低温而致密电浆是源自土卫二（Enceladus）绕土星公转的过程中，离心力不断拉扯磁场，直到部分磁尾迅速缩回，使土星周围的电浆被加热；这些被加热的电浆又陷在土星磁场里，如同土星磁场中的孤岛，单独以每秒100公里的速度绕土星公转。就像地球上的高低气压之间会因大气压力的差别而产生风，太空中的电浆高压则会产生电流，因而使磁场变形。

所谓的“土星公里辐射（Saturn Kilometric Radiation）”是科学家用以估算土星一天长度的电波讯号，然而这种电波讯号却与土星磁场行为息息相关。因为木星和土星等气体行星没有固定的表面特征可以用来计算自转速率，科学家于是利用这种电波辐射的峰值（peak）来计算它们的自转速率。

然而从1980年代开始的航海家号太空船（Voyager），到2000年的尤利西斯号太空船（Ulysses），甚至2003年至今的卡西尼号太空船，以电波讯号这种方式测量到的土星自转速率却不断改变，科学家一直无法得知土星真正的一天究竟有多长。

土星自转速率是估算许多土星基本性质的重要参数，诸如土星内部结构或表面风速等。经过Brandt等人的分析研究之后，虽然科学家们仍不知土星真正的一天长度为何，但至少科学家们终于瞭解土星上这复杂但肉眼不可见的磁场环境，希望能从这个重要线索来瞭解土星自转速率之谜。

人眼无法看到电浆，但是透过卡西尼号上的磁像仪可以用3D立体模式，侦测到电浆云中的带电粒子与低温中性气体碰撞时所发出的中性原子。中性原子不带电，所以可以从磁场牢狱中逃出，奔向太空。科学家一旦确知电浆压力和随后的变化状况，便可计算沿着卡西尼号飞行路线的磁场扰动概况。计算的磁场扰动结果和观测结果相当符合，因而确认引起磁场震荡的来源。

更重要的是，科学家早就已知离太阳系数百万光年远的波霎（脉冲星，pulsar）自转周期会变化，现在科学家终于在我们自己的太阳系中看到类似的现象。换句话说，现在只有卡西尼号磁像仪在对的地方补捉到正在发生的电浆云现象，经过研究之后，或许可以反过来解开几百万光年远的波霎等遥远天体的自转速度变动之谜。