土星環的祕密——時有時無的輪輻

1979年,“旅行者”號宇宙飛船在土星環上首次觀測到了“輪輻”。然而最近卡西尼號的照片顯示並沒有觀測到輪輻。這是為什麼呢?

土星環的輪輻


土星環的秘密——時有時無的輪輻


圖為旅行者2號於1981年8月所觀測到的土星環的輪輻。


幾十年來,這些輪輻一直讓行星科學家們抓耳撓腮。主要理論認為,輪輻是黑暗的輻射狀特徵,極細的塵埃粒子通過土星內部發出的能量脈衝產生靜電。一旦帶電,這些塵埃粒子就會被土星強大的磁場懸浮出環平面。它們似乎只在環系統的陰影(夜間)部分形成,然後隨著環粒子旋轉到陽光下而出現。


土星環的秘密——時有時無的輪輻


上圖:麥克斯韋縫和麥克斯韋小環在圖的右側位在上方和中間偏右

但這只是一個有根據的猜測。“這是太陽系最大的謎團之一,”卡西尼號研究人員艾莉森·法默認為。這可能與“旅行者”號在土星環接近太陽邊緣時訪問土星的事實有關,而現在土星環的頂端已經完全打開了。但要想完全理解這一現象可能還需要很多年的時間。


土星環的秘密——時有時無的輪輻


上圖:卡西尼拍攝的D環影像,經過處理過後顯示出環內微弱的波紋;出現在圖左上部的是更明亮的C環。

輪輻

在1980年之前,土星環的結構完全都是使用萬有引力來解釋的。但航海家拍攝的影像中,呈現出B環上有被稱為輪輻的輻射狀特徵,並無法被萬有引力解釋。因為它們持續的時間和自轉週期與依照軌道力學的環不一致。這些輪輻在背景散射光下呈現黑暗,而在前景散射光下顯得明亮。主要理論認為它們是微小的塵埃顆粒,受到主環上的靜電排斥而懸浮在圓環平面上,因此它們的轉動是與土星的磁層同步。但是,造成輪輻的確實機制仍然不清楚,雖然有人建議這些電子干擾可能來自土星大氣層中釋放的閃電或微流星體對土星環的衝擊。


土星環的秘密——時有時無的輪輻


上圖:卡西尼號拍攝的卡西尼環縫,可以在中央偏右看見惠更斯縫。

直到25年後輪輻才再度由卡西尼號太空船所觀測。當卡西尼號在2004年初抵達土星時,並未觀測到輪輻。有些科學家根據其模型推測,要到2007年才會看到輪輻,然而卡西尼號的影像小組仍持續搜尋,在2005年9月5日拍攝的圖像中就看見了輪輻。

輪輻的出現似乎有季節性的變化現象,在土星的仲冬或仲夏時消失不見,當土星接近分點時又再度出現。建議輪輻也許是一種季節性的作用,隨著29.7年的土星軌道變化,這也支持在卡西尼後幾年的任務中,輪輻會漸漸的增加。


土星環的秘密——時有時無的輪輻


上圖:在A環的恩克環縫中間的小環與潘的軌道吻合,暗示環中的微粒相對是在馬蹄鐵軌道上振盪。

相關知識

土星環是太陽系行星的行星環中最突出與明顯的一個,環中有不計其數的小顆粒,其大小從微米到米都有,軌道成叢集的繞著土星運轉。環中的顆粒主要成分都是水冰,還有一些塵埃和其它的化學物質。 雖然環的反射能夠增加土星的視星等,但從地球僅憑肉眼還是看不見環。


土星環的秘密——時有時無的輪輻


卡西尼-惠更斯號於2006年9月15日拍得的土星環全貌(亮度在這張圖中被強化)

土星環的秘密——時有時無的輪輻


黑暗的卡西尼縫分開了在內側寬廣的B環和外側的A環,這張影像是哈勃太空望遠鏡的先進巡天照相機在2004年3月22日拍攝的,較不明顯的C環就在B環的裡面。

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