土星，它是极光。图片来源：NASA
土星，木星，天王星和海王星等气体巨人大气层的上层很热，就像地球一样。但是与地球不同，太阳离这些外行星太远，无法解释高温。它们的热源一直是行星科学的重大奥秘之一。
来自美国宇航局卡西尼号航天器的数据的新分析找到了一个可行的解释，该解释是什么使得土星的上层以及其他气体巨头如此炙手可热：地球北极和南极的极光。太阳风和土星卫星带电粒子之间的相互作用触发的电流激发极光并加热高层大气。（就像地球的北极光一样，研究极光会告诉科学家行星大气中正在发生的事情。）
今天发表在《自然天文学》上的这项工作是迄今为止对气体巨人的最高大气层的温度和密度的最完整测绘，而这一领域人们对此知之甚少。
研究的主要作者Zarah Brown说：“了解动力学确实需要一个全局视图。该数据集是我们第一次能够观察极点之间的高层大气层，同时还可以看到温度随深度的变化。”以及亚利桑那大学月球和行星实验室的研究生。
通过全面了解热量在大气中的循环方式，科学家可以更好地了解极光电流如何加热土星大气层的上部并驱动风。全球风能系统可以分配这种能量，该能量最初会沉积在两极附近，朝向赤道区域，将它们加热到仅靠太阳加热所期望的温度的两倍。
该研究的合著者，卡西尼紫外线成像光谱团队的成员汤米·科斯金宁说：“这些结果对于我们对行星高层大气的总体了解至关重要，是卡西尼遗产的重要组成部分。” “他们帮助解决了为什么大气的最上部如此热而其余的大气（由于距太阳距离太远）却很冷的问题。”
卡西尼号由美国宇航局位于南加州的喷气推进实验室管理，是一艘在观测土星超过13年之后才耗尽燃料供应的轨道器。该任务于2017年9月使其坠入地球大气层，部分是为了保护其月球土卫二，卡西尼号发现土卫二可能拥有适合生活的条件。但是在暴跌之前，卡西尼号进行了22次超近土星轨道飞行，最后一次巡回演出称为“大结局”。
正是在总决赛期间，收集了有关土星大气新温度图的关键数据。在六个星期的时间里，卡西尼号对准了猎户座和大犬座星系中几颗明亮的恒星，它们经过了土星。当航天器观察到恒星升起并落在巨型行星后面时，科学家分析了星光穿过大气层时的变化。
测量大气层的密度可以为科学家们提供寻找温度所需的信息。密度随着海拔的升高而降低，降低的速率取决于温度。他们发现极光附近的温度达到峰值，表明极光电流加热了高层大气。
密度和温度测量共同帮助科学家确定风速。了解土星与行星相遇的高空大气是了解太空天气及其对我们太阳系中其他行星以及其他恒星周围系外行星的影响的关键。
“即使发现了成千上万的系外行星，也只能如此详细地研究我们太阳系中的行星。多亏了卡西尼，我们现在比土星上的任何其他巨型行星都更详细地了解了土星的高层大气 ”，布朗说。
卡西尼－惠更斯号飞行任务是美国宇航局，欧洲航天局和意大利航天局的合作项目。NASA的喷气推进实验室（简称JPL）是帕萨迪纳市Caltech的一个部门，负责管理NASA在华盛顿的科学任务委员会的任务。JPL设计，开发和组装了卡西尼号轨道器。
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