卡西尼探测器的数据，揭开土星束缚电子层的面纱
土星充当了一个独立的 内辐射带 的“狱卒”角色。
图解：一份NASA图表展示出了一层之前从未知晓的土星质子层。
土星的磁场已经被认作是十分的怪异，但研究者们发现它比我们想象的还要奇怪——他们在土星的大气层之上发现了一个被磁层俘获且完全孤立的内辐射带。
在NASA的卡西尼号探测器进入了土星探测任务的最后阶段。通过22次变轨和一系列高风险的动作，地面上的科学家让探测器不断接近土星，并掠过了它的大气层。
这些危险的尝试得到了可观的回报——探测器成功地探测到了土星表面附近被俘获的内辐射带，具体探测结果也已经在 自然杂志 和 geo 上的一些文章上发表。
由高能质子与电子组成的土星辐射带早已为人所知，它在土星环外环绕着这颗行星。辐射向太空延伸了超过285,000千米，并受到土星众多卫星的强烈影响，被分割成了5个部分。
早在2004年，研究者如来自德国 马克斯普朗克太阳系研究所 的Elias Roussos通过卡西尼号探测器上的lwmms和mimi装置研究土星外部磁场时，就在土星与其最内星环，即D-环之间，发现了一个不为人知的内辐射环的存在迹象。
这些测量指出这里存在大量的荷电粒子，但其确切成分和性质依旧未知。一直到卡西尼号任务即将结束之时，科学家们才追查到更多的结果。
“直到13年以后，任务即将结束之前，我们才得到机会完成我们很早就开始的对土星的测量，判断是否存在一个额外的辐射带地区，与土星大气顶部和D-环共存。“Roussos解释道。
图解：卡西尼-惠更斯号于2006年9月15日拍得的土星环全貌（亮度在这张图中被强化）
构成辐射带的高能粒子。 当辐射与土星大气层和它稠密的星环中的物质反应时，它触发了链式反应，产生了质子。这些质子随后又被土星的磁场俘获。
图解：航海家2号1981年的影像，在B环上有黑暗的轮辐。
然而，磁场靠近土星一侧的强度至少是其外侧，即主辐射带一侧的10倍。这意味着质子可以滞留在同一个地方达数年时间。被磁场俘获后，粒子们能够继续和行星与D-环反应，逐渐丧失能量。
图解：卡西尼拍摄的D环影像，经过处理过后显示出环内微弱的波纹；出现在图左上部的是更明亮的C环。
辐射带的内部边缘到达了土星的大气层，外缘则被D-环的组成部分，人们称为D73的细环所限制住。而另一条细环，D68，将辐射带一分为二。
磁层内部和外部在密度上的差异有效地形成的一个“质子监狱“。
“D-环向外，土星A-环、B-环和C-环的密度显著增加并更加布满尘埃，这组成了一个62,000千米的有效屏障，俘获着荷电粒子“Roussos说道。
图解：在A环的恩克环缝中间的小环与潘的轨道吻合，暗示环中的微粒相对是在马蹄铁轨道上振荡。
这样的隔离意味着内部辐射带是与磁层的其他部分完全孤立的。
这也造就了内部地带成为了我们太阳系中独一无二的风景。 这颗行星实际上也已经为科学家们提供了一个需要在极为苛刻条件下研究的辐射带，正因为其质子能够通过由行星强磁场所主导和控制且十分稳定的流程所创造。
卡西尼号在坠毁前最后的轨道上还揭示了其他的奇异点。
不同于太阳系中别的任何行星，土星的 磁轴 原来仅仅与它的自转轴有0.01度的倾斜。
这只是一个很大的惊喜，因为科学家们一直认为行星要产生磁场的话，其自转轴与磁轴必须要有很大的不同。
这样小的倾斜却维持了土星内层液态金属海洋的 潮流 。物理学家认为，如果连一点倾斜角都没有的话，这些潮流将随着磁场的消失而消散。
科学家曾认为维持内部潮流的最小倾斜角是0.06度，而土星却以远低于极限的0.01度维持着其内部的潮流。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. cosmosmagazine - Ben Lewis
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赛盈地脉
2024-10-27 广告
