卡西尼眼中的土星夏至

GIF/807K

這些自然色彩視圖由卡西尼號拍攝，顯示了在2013年6月和2017年4月間，即土星北半球臨近夏至時，土星北極地區的顏色變化情況。

圖文來源：NASA/JPL-加州理工學院/表面立體成像儀／漢普頓大學

NASA卡西尼號飛船還有兩個多月就將結束所有任務，但是在5月25日，這位土星探險老將完成了一個新的里程碑。土星及其衛星在那一天同時進入夏至日，這一天土星的北半球的白晝最長而南半球的白晝最短。

土星大約每15個地球年到達至點，當土星及其衛星緩慢地繞太陽運轉時，南北半球也在進行季節交替。

卡西尼號在2009年春分日觀測到土星的南北半球受到了相同的光照，北極有一半地區處於黑夜。春分日後，北半球白晝越來越長，南半球則滑入漫長的冬夜之中。

圖文來源：NASA/JPL/空間科學研究所

到達至點並沿途，觀察土星系統的季節性變化，是卡西尼第二項擴展任務「至點任務」的主要目標。

2004年，卡西尼號抵達土星執行首個四年任務，研究土星、土星環及其衛星。卡西尼號的第一項擴展任務—春分任務，是在2008年至2010年間。在此階段，卡西尼號看到陽光照射土星環的邊緣，投下的陰影顯示出了戲劇般的新環狀結構。NASA決定給卡西尼號增加一項為期七年的新任務，即至點任務，該任務在2010年啟動。

在長達七年的任務中，卡西尼號觀測到一次巨大的風暴在土星上爆發，並將土星包圍。科學家們認為，此類風暴在一定程度上與陽光對土星大氣層的季節性影響有關係。

圖文來源：NASA/JPL/空間科學研究所

加州帕薩迪納的NASA噴氣推進實驗室的卡西尼項目科學家Linda Spilker表示：「在卡西尼的至點任務期間，我們首次近測到土星完整的季節活動。從冬季到夏季，土星系統發生了巨大的轉變，感謝卡西尼號給我們俱佳的觀測角度。」

在至點任務期間，卡西尼號觀測到了土星上爆發了一次巨大的風暴，整個星球都被風沙包圍。航天器還看到由於春季霧霾的成形，一直徘徊在遠北的藍色消失。這些霧霾或許是土星大氣層的特徵比木星大氣層的更為黯淡的原因。

從任務中得到的數據顯示，土星霧靄的形成與其上層大氣的溫度及化學成份的季節性變化有關。卡西尼任務的研究人員發現一些微量碳氫化合物，像乙烷、丙烷和乙炔這樣的氣體，對一土星年中光照變化的反應比其他物質的反應要快得多。

令研究人員更加驚訝的是，土星上的變化並非逐漸形成。他們觀測到在特定緯度的土星帶狀大氣層上，變化就在轉眼之間。JPL的卡西尼影像團隊成員Robert West說：「最終，整個半球都會發生變化，發生在特定緯度的突變隨著季節流轉，最終覆蓋整個半球。」

土星環

春分之後，夏至臨近，太陽升的更高，超過了土星環的北部面。隨著太陽升高，光線也進入土星環的深處，將它加熱到任務期間所能看到的最高溫度。至點的陽光可以幫助卡西尼號的儀器設備弄清楚顆粒如何聚集，以及環形中部的粒子的成分與結構與環體外層粒子的是否不同。

土星與太陽之間角度的變換也意味著環體在至日時向地球方向有最大的傾斜。在這樣的幾何關係構成中，卡西尼號的無線電信號更容易透過緻密的環體，傳送關於環體顆粒的更高清晰度的數據資料。

泰坦星

卡西尼號也觀察到土星最大的衛星—泰坦星，同樣隨著四季變換，偶爾意外地爆發幾次雲活動。在卡西尼號於2004年觀測到泰坦星南極的甲烷風暴雲之後，在2010年又觀測到另一個朝向泰坦星赤道的巨大風暴。

2009年春分日後，卡西尼號觀察到泰坦星上的雲層活動從南半球向赤道移動，最終到達北半球。這些觀測為泰坦星天氣系統的季節性變換提供了依據。

圖文來源：NASA/JPL/空間科學研究所

儘管北半球已經開始出現少量的雲，科學家們仍然驚奇於雲層轉移所用時長，並且否認了雲層模型對雲層活動早在幾年前就開始的預測。

「關於雲層活動位置變化及其用時的觀測，會為我們了解泰坦星大氣層及其表面（如降雨和風的模式的季節性變化）的運作方式提供重要線索。」卡西尼號成像小組副研究員Elizabeth Turtle說，該研究小組位於馬里蘭州約翰霍普金斯大學應用物理實驗室。

2013年，卡西尼號觀測到一團霧霾和微量碳氫化合物在泰坦星南半球驟現，他們之前僅在泰坦星的北半球高緯地區出現過。這種循環顯然是將新鮮的碳氫化合物從更靠近赤道的地方輸送到南極，以免它們被陽光破壞，因為南極地區的冬夜正濃。

土衛二

對於土衛二來說，最重要的季節變化是南半球冬季的開始。雖然這意味著卡西尼號不能再拍攝關於地質活躍表面的日照圖像，但是飛船可以更清楚地觀測土衛二自身的熱量。儘管這顆寒冷衛星的南極一片黑暗，卡西尼號的科學家們卻能夠不受太陽的影響監測那裡的地形溫度。這些觀察有助於研究人員更好地了解泰坦星地表之下的全球海洋。這些隱蔽的海洋從泰坦的南極地區，噴射而出，形成高聳的冰塔和水汽，卡西尼號對它們進行了太空採樣。

邁向最後的里程碑

土星臨近夏至時，卡西尼號正處於長期任務的最後階段（「盛大終結」）。從4月26日至9月15日的22周里，航天器在行星和冰環之間進行一系列高難度俯衝飛行。這項任務不斷傳回前所未有的近距離土星圖像，幫助科學家們重新認識土星內部和土星環的起源 。這次任務將在9月15日卡西尼最後一次進入土星的大氣層時結束。

卡西尼—惠更斯任務是NASA、ESA(歐洲航天局)和義大利航天局共同合作的項目。NASA噴氣推進實驗室，帕薩迪納加州理工學院的分部之一，NASA科學任務理事會委任設計、開發和組裝卡西尼號探測器。（原文編輯：Tony Greicius 翻譯：煙兒 Mirai 校對：Mirai）

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！