天文学家借助日食的机会揭示土星环透明度的奥秘

一位研究人员利用卡西尼号航天器的数据创新性地测量了土星环的光学深度，为了解土星环的透明度和结构提供了新的视角。(美国国家航空航天局卡西尼号航天器在环绕土星轨道上的插图）图片来源：NASA/JPL-Caltech

这项研究由兰卡斯特大学牵头，与瑞典空间物理研究所（Swedish Institute of Space Physics）合作完成，最近发表在《皇家天文学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society）上。

卡西尼号航天器于1997年发射，2004年到达土星，对土星及其卫星进行了迄今为止最广泛的探测。2017年，卡西尼号在土星和土星环之间潜行22次后坠入土星大气层，任务结束。

卡西尼号飞船穿过土星环系统平面的视频，由 George Xystouris 使用 NASA Eyes 制作。图片来源：NASA/JPL

方法和研究结果

兰卡斯特大学博士生 George Xystouris 在 Chris Arridge 博士的指导下，分析了卡西尼号上的 Langmuir 探测器的历史数据，该仪器正在测量土星磁层中的冷等离子体，即低能量离子和电子。

在研究中，他们重点关注航天器的日食：卡西尼号处于土星或主环阴影中的时期。在每次日食期间，Langmuir探测器都会记录下数据的巨大变化。

乔治说："由于探测器是金属质地的，只要有阳光照射，阳光就能给探测器提供足够的能量，使其释放出电子。这就是光电效应，释放出的电子就是所谓的'光电子'。不过它们也会带来一些问题，因为它们与土星周围冷等离子体中的电子具有相同的性质，而且没有一种简单的方法可以将两者分开。"

"专注于数据变化后，我们意识到它们与每个环允许多少阳光通过有关。最终，我们利用朗缪尔探测器所使用材料的特性，以及太阳在土星附近的亮度，计算出了每个星环的光电子数变化，并计算出了土星环的光学深度。这是一项新颖而令人兴奋的成果！我们用一台主要用于等离子体测量的仪器来测量行星特征，这是朗缪尔探测器的独特用途，我们的结果与使用高分辨率成像仪测量星环透明度的研究结果一致。"

土星环未来的可见度

主环从土星延伸至 14 万公里（9 万英里），但最大厚度只有 1 公里（0.6 英里），将于 2025 年从地球视角上消失，因为到那一年，星环将向地球边缘倾斜，几乎不可能看到它们。在土星 29 年轨道的下一阶段，它们将重新向地球倾斜，并在 2032 年之前继续变得更加明显和明亮。

英国皇家天文学会会长迈克-埃德蒙兹（Mike Edmunds）教授补充说："看到研究生以一种不同寻常和别出心裁的方式参与使用空间探测仪器总是令人高兴的。这种创新正是天文学研究所需要的--许多从事各种职业的前学生都在运用这种方法来帮助解决世界难题。"