新的土星图片显示了季节的变化和它巨大的温暖的极地涡旋的最后一瞥

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卡西尼号的成像科学子系统(ISS)看到的2004年至2016年土星的日照变化。最上面一行显示的是从赤道的有利位置拍摄的土星(光环出现在侧面)，并试图显示每张图像中终结者的位置，以表明它是如何随时间变化的。最下面一行显示的是赤道平面外的图像，显示了从南方夏季到北方夏季的过渡。由美国宇航局/JPL加州理工学院提供的卡西尼号/国际空间站图像编译而成。鸣谢:地球物理研究杂志:行星(2023)。DOI: 10.1029

（）据莱斯特大学：虽然英国一直在经历温暖的秋季天气，但一个行星科学家小组发现，土星的北半球夏末正在经历冷却趋势，因为随着秋天的到来，巨大的行星规模的气流已经逆转了方向。

新的观测还提供了土星北极的最后一瞥，在北极开始消退到极地冬季的黑暗之前，其巨大的温暖漩涡充满了碳氢化合物气体。

这份行星际天气报告是由来自JWST的莱斯特大学领导的团队分析的新图像，并发表在《地球物理研究杂志:行星》上。他们对这颗以冰环闻名的巨大外行星的季节变化提供了新的见解。

像地球一样，土星也有轴向倾斜，并以同样的方式经历季节。然而，土星绕太阳一周需要30年，所以季节持续7.5地球年。两个世界的北半球夏季现在即将结束。当地球在9月份前往北方秋分点时，土星在2025年前往北方秋分点，这意味着两个行星的北极将迎来漫长的极地冬季。

莱斯特小组使用JWST上的MIRI仪器在红外光下研究土星的大气，这使他们能够测量温度，气体丰度和从搅动的云顶到大气中被称为平流层的高区域的云。MIRI仪器将红外光分解成不同的波长，使科学家们能够看到行星大气中丰富多样的化学物质的指纹。

在这幅由MIRI观测到的几个波长组合而成的图像中，来自北极的明亮热辐射以蓝色突出。由卡西尼任务首次观测到的温暖的1500公里宽的北极气旋(NPC)，可以在北极看到。它被称为北极平流层涡旋(NPSV)的更广阔的温暖气体区域所包围，这种涡旋形成于土星的春天，并持续了整个北半球的夏天。

这些是平流层高处的温暖漩涡，在土星漫长的夏季被太阳的热量加热。随着2025年秋分的临近，北极平流层涡旋将开始冷却，并将随着北半球陷入秋天的黑暗而消失。

通过模拟中红外光谱，科学家们注意到，在土星季节循环的这个特定点上，平流层温度和气体的分布与卡西尼任务在北部冬季和春季观察到的分布截然不同。

土星有一个大规模的平流层环流模式，冬季温度更高，乙烷和乙炔等碳氢化合物过剩，这表明富含碳氢化合物的空气从上方下沉。空气被认为在南部夏季中纬度上升，穿过赤道，然后下沉到北部冬季中纬度。

2022年11月拍摄的MIRI中分辨率光谱仪结果显示，这种平流层环流现在已经逆转，10点至40点之间在北部可以看到凉爽的平流层温度和低碳氢化合物含量，这表明夏季贫碳氢化合物空气的上升流，然后将流向南方。

来自莱斯特大学物理和天文学院的Leigh Fletcher教授说:“来自JWST的新数据的质量简直令人惊叹——在一组短暂的观察中，我们能够将卡西尼任务的遗产延续到一个全新的土星季节，观察天气模式和大气环流如何响应变化的阳光。”

“JWST可以看到任何以前的航天器都无法看到的波长的光，产生了一个精致的数据集，激起了未来几年的兴趣。对土星的这项工作只是对所有四颗巨行星的观测计划的第一步，JWST正在提供我们过去从未有过的能力——如果我们可以从对一个单一世界的单一观测中获得如此多的新发现，想象一下等待我们的是什么发现吧？”

土星被选为JWST的早期目标，以测试其能力。莱斯特大学物理和天文学院的博士后研究员Oliver King博士解释说，“因为它很大，很亮，旋转，并在天空中移动，这给MIRI仪器的小视场带来了挑战——MIRI在任何时候都只能看到土星的一小部分，我们有使探测器饱和的风险，因为与JWST的通常目标相比，这颗行星太亮了。”

"观测结果被分成三块，从赤道到北极，然后向外延伸到环圈，形成最后一块。"

弗莱彻教授补充说，“我们在8年多前就开始设计这些土星观测数据，所以当第一批数据在2022年底着陆时，这无疑是职业生涯的一个亮点:莱斯特行星科学家团队挤在计算机屏幕周围，对新数据的质量感到惊讶，也许会啜饮一些起泡葡萄酒来庆祝。”

“如果没有为土星计划做出贡献的更广泛的专家团队，尤其是太空望远镜的人们，他们在我们应对全新望远镜的所有挑战时，忍受了我们无尽的疑问和问题，这是不可能的。”

“以前从来没有航天器探索过土星北部的夏末和秋天，所以我们希望这只是一个起点，JWST可以在未来十年继续卡西尼的遗产。”