研究发现土星北极“阴阳”漩涡产生极光

近年来科学家证实地球上的极光是太阳风吹来的带电粒子与地球磁场相互作用产生的现象。新研究发现，土星北极的极光却是由土星自身的一种对流机制造成，而且这也解释了长期以来关于土星自转一圈时长的谜题。

过去几十年来，土星上的一天究竟有多长一直困扰着科学家：不仅相隔几年测到的数据不一致，连在土星南极测到的情况和北极都不一致。这是为什么？

《地球物理研究通讯》（Geophysical Research Letters）2月刊上发表的一份研究找到了原因。主要研究者之一日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的行星研究学家詹姆斯·奥杜诺格（James O’Donoghue）告诉商业内幕（Business Insider）：“（行星的）磁场以及它所发出的无线电波通常就像信号灯塔一样稳定。”

所以科学家一般都是通过行星磁场的无线电波规律测量行星自转一周，即行星上面一天的时间长度。但是这个方法在土星上遇到了困难。

2004年，美国宇航局（NASA）的卡西尼（Cassini）探测器抵达土星测量了它的磁场所产生的无线电信号。科学家惊讶地发现，这次测量的结果与1981年旅行者2号（Voyager 2）经过土星的时候测量的结果不一样。

奥杜诺格说：“难道土星的自转周期随着四季变化吗？当时每个人都觉得这不可思议。更奇怪的是，就连在土星北极和南极测到的自转周期也不一样。”

研究人员提出了各种猜测，是土星经过它的卫星恩克拉多斯（Enceladus，土卫二）的时候，这颗卫星上面火山喷发的岩浆和气体对土星的磁场造成影响，还是另一颗卫星泰坦（Titan，土卫六）厚厚的甲烷大气对它的影响？或是土星自己外面那圈尘埃环造成的影响？

在这些猜测都没有确切答案的情况下，一组科学家另辟蹊径，想到还可以用土星的引力对它周围的尘埃环所造成的振动测量它自转的时长。终于在2019年，科学家确定土星上的一天为10小时33分38秒。

那么究竟是什么原因造成土星磁场不稳定，从而使得基于磁场测量所得出的一天长度也不同？这份新研究找到了原因：原来土星北极有两个强大的极地漩涡，导致土星的上层大气充满了带电的粒子。这些粒子地磁场产生影响，同时它们与土星磁场的互动形成了土星北极的极光。

研究人员从观测数据中追踪上大气层内氢离子的一个运动路径，看到它与土星北极两个极地漩涡的运动模式一样。从研究人员制作的动画上看到，这两个漩涡的运动很神奇地形成了像阴阳鱼一样的图案。

研究人员表示，这是科学家在所有行星上所发现的第一例由行星自身的带电离子风产生极光的机制。奥杜诺格说：“这份研究终于找到了土星磁场不稳定的原因。” #