卡西尼号发现土星磁场“护盾”竟有意外反转

这一发现支持了一个观点：像土星这样的巨行星，其磁层的行为与地球有很大不同。相关研究发表在《自然通讯》期刊上，作者包括兰卡斯特大学的丽西亚·雷博士和莎拉·巴德曼博士，以及曾在兰卡斯特工作的克里斯·阿瑞奇博士。卡西尼号探测器的任务是研究土星及其更大的土星系统，包括土星环、天然卫星和周围空间环境。该任务由美国国家航空航天局、欧洲航天局和意大利航天局合作完成，卡西尼号在2004年至2017年间环绕土星运行。 新发现支持了一项长期存在的理论：像土星这样的大行星由于快速自转，其自转对磁层形态的影响可能超过太阳风的作用。太阳风是从太阳向外流动的一股带电粒子流；磁层则是行星磁场保护周围空间、阻挡这些带电粒子的区域。在行星磁极附近，存在一些漏斗形的开口，被称为“磁层尖点”。这些区域允许太阳带电粒子更直接地进入行星大气。 研究人员分析了卡西尼号在2004年至2010年间收集的观测数据，以确定土星磁层尖点的具体位置。当他们把这些结果与地球的类似观测进行比较时，发现了显著差异。土星强大的自转似乎把磁层尖点从正午位置“拖”开了。平均来看，土星磁层尖点明显偏向下午，通常出现在当地13:00到15:00之间，某些情况下甚至延伸到接近当地20:00。这一现象说明，行星自转速度可以从根本上改变其附近的空间环境。 这种异常位置对理解磁重联、高能粒子加速以及土星强烈极光都具有重要意义。兰卡斯特大学的丽西亚·雷博士表示，这一结果使人们能够推进关于行星磁层如何与太阳风相互作用的新理论。 地球的自转速度比土星这样的气态巨行星慢得多。地球上的一天是24小时，地球磁层形状主要取决于太阳风压力和地球磁场压力之间的平衡。这种平衡使地球的磁层尖点接近当地正午。土星的情况则非常不同：它的一天大约只有10.7小时，而且土星磁层中还含有大量由其卫星土卫二提供的电离物质。快速自转加上这些电离物质，使土星磁场压力以及高速旋转的带电物质盘的压力，必须与太阳风压力相互平衡。这些力量帮助解释了为什么土星磁层尖点比地球对应的区域更偏向下午和傍晚。 这项发现还可能帮助科学家更好地理解土星明亮极光的成因，以及土星磁层中高能过程的发生机制。雷博士特别指出，下午位置的磁层尖点会影响科学家解释土星明亮极光的方式，也会影响人们对磁重联发生位置的预测。磁重联是一种爆发式过程，可以把粒子加速到很高能量，达到keV（千电子伏特）甚至更高。她也强调，在卡西尼号任务结束八年多后，这些观测数据仍然能产生丰富的新科学成果。