光环让土星在冬天变得更阴暗、更蓝、更少朦胧

在土星上季节的变化意味着天空颜色的变化，从2004年到2017年，卡西尼号环绕土星飞行了13年，科学家们注意到，土星北半球的大气层从蓝色变成了金色，甚至变成了鲑鱼色。根据最新研究，土星大气中由阳光引发的雾霾数量的变化导致了土星颜色的明显变化。卡西尼号任务的副项目科学家，行星科学家Scott Edgington说：我想每个人都有点惊讶为什么大气是蓝色的，Edgington在上周于华盛顿举行的2018年美国地球物理联盟秋季会议上展示了这一发现。科学家们正努力确定土星上所有的光源，并了解光线如何与土星的大气层发生化学反应。回答这些问题可能有助于研究人员更好地理解太阳系气体巨星木星和土星、冰巨星天王星和海王星的大气层差异。

博科园-科学科普：木星和土星的云雾给了它们金色的颜色，而天王星和海王星有更清晰的大气层，就像晴天地球的蓝天。但正如研究人员在卡西尼号上看到的土星并不总是被金色的薄雾覆盖。Edgington说：当然，人们都在挠头，为什么不是到处都是雾，就像木星一样？在土星的例子中，冬天的阳光尤其有限，这似乎让土星的大气层从间歇性的朦胧状态中恢复过来，额外防晒的原因是什么？这颗行星巨大的光环。土星季节的主要驱动因素是行星倾斜，就像在地球上一样。地球是倾斜的，所以北半球在6月最直接地面对太阳，南半球在12月最正面地面对太阳。12月北半球经历漫长的冬夜，而南半球则享受漫长的夏季。

土星光环遮住了冬季的半球，阻挡了阳光照射，使这颗行星的大部分表面不像以前那样呈现出金色。由于同样的光散射现象在地球的天空中起作用，更清晰的大气层是蓝色的。图片：NASA/JPL/Space Science Institute

同样的效应也发生在土星上，土星和地球一样倾斜，但土星也有一个膨胀的光环系统，它可以阻挡来自偏离太阳的半球的阳光，使得这个气态巨星的冬天阳光更少。地球上不断变化的太阳曝晒导致了大气中雾霾的季节性波动。阳光分解甲烷气体分子，这是土星大气中很小但很重要的一部分。甲烷的分解会产生乙烷和乙炔等其他分子，这些分子会触发复杂的化学反应网络，最终形成烟雾。当土星一个半球正在享受一个阴凉的冬天时，产生烟雾的过程就会减慢。现有的雾霾颗粒聚集在一起形成更重颗粒，并进一步沉入地球的大气层，消失在人们的视线之外，没有新的雾霾来替代它们。

随着北半球冬季的到来，土星的北极从2012年的蓝色变成了2016年的金色。图片：NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/Hampton University

正因为如此，土星的夏天往往有朦胧的金色天空，而冬天则有更清澈、更蓝的天空。所看到的和化学反应告诉我们应该发生的事情之间似乎有直接联系。研究人员将继续研究卡西尼号传回的土星大气数据，还需要把卡西尼号过去几年的数据整合到这个项目中。艾金顿项目的一个方面似乎特别令人兴奋，那就是弄清楚土星光环反射的光线如何影响行星太阳照射。因为土星环的延伸范围远远超出了行星的主体，阳光可以从土星环远端部分反射到行星的暗面，即使是地球上最黑暗的一面也没有那么黑暗。

博科园-科学科普｜Erika K. Carlson, American Geophysical Union

研究/来自：美国地球物理联盟

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