美國(guó)宇航局的韋伯望遠(yuǎn)鏡將調(diào)查土星和泰坦

如果你在人行道上阻止一個(gè)隨機(jī)的人并問(wèn)他們最喜歡的星球是什么，那么他們的答案很可能就是土星。在任何后院望遠(yuǎn)鏡中，土星令人驚嘆的戒指都是令人難忘的景象。但是關(guān)于土星還有很多值得學(xué)習(xí)的地方，特別是關(guān)于這個(gè)星球獨(dú)特的天氣和化學(xué)特征，以及它豐富的環(huán)狀系統(tǒng)的起源。在2021年發(fā)射后，美國(guó)宇航局的詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡將觀測(cè)土星，它的環(huán)和衛(wèi)星系列，作為綜合太陽(yáng)系計(jì)劃的一部分。

這項(xiàng)研究將通過(guò)由Heidi Hammel領(lǐng)導(dǎo)的保證時(shí)間觀察計(jì)劃進(jìn)行，Heidi Hammel是行星天文學(xué)家，也是華盛頓天文學(xué)研究大學(xué)協(xié)會(huì)(AURA)的執(zhí)行副總裁.Hammel被NASA選為Webb跨學(xué)科科學(xué)家在2002年。

“該計(jì)劃的目的是展示韋伯對(duì)太陽(yáng)系觀測(cè)的能力，包括觀測(cè)明亮物體，追蹤移動(dòng)物體，以及發(fā)現(xiàn)明亮目標(biāo)旁邊的微弱目標(biāo)，”Hammel解釋說(shuō)。“這些數(shù)據(jù)將盡快提供給太陽(yáng)能系統(tǒng)社區(qū)，向他們展示W(wǎng)ebb可以做到我們承諾的那些。”

韋伯將在美國(guó)宇航局的卡西尼號(hào)太空船離開(kāi)的地方上空。卡西尼號(hào)繞土星飛行了13年，從2004年開(kāi)始直到2017年飛船墜入土星大氣層時(shí)結(jié)束。從那時(shí)起，像哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的外行星大氣遺產(chǎn)計(jì)劃和地面測(cè)量等計(jì)劃一直是監(jiān)測(cè)土星的唯一方法。

土星的季節(jié)

土星像它的地球一樣在它的軸上傾斜，因此，它在繞太陽(yáng)運(yùn)行時(shí)也經(jīng)歷了季節(jié)。然而，由于土星年長(zhǎng)達(dá)30個(gè)地球年，每個(gè)季節(jié)持續(xù)約7-1 / 2年。卡西尼號(hào)是在南半球的夏季(北半球的冬天)抵達(dá)的?，F(xiàn)在是北半球的夏天。天文學(xué)家渴望尋找土星大氣層的季節(jié)變化。

萊斯特大學(xué)的Leigh Fletcher說(shuō)：“這些觀察結(jié)果將為我們提供一個(gè)完整的土星系統(tǒng)分析，以了解發(fā)生了什么變化，看看自卡西尼最后一次瞥見(jiàn)后的季節(jié)如何演變，以及利用卡斯尼從未做過(guò)的能力。”英格蘭，該計(jì)劃的首席研究員。

2010年末，土星北半球爆發(fā)了一場(chǎng)怪物風(fēng)暴。它始于一個(gè)小點(diǎn)，但發(fā)展迅速，直到2011年1月底它圍繞著這個(gè)星球。天文學(xué)家感到驚訝，因?yàn)檫@種風(fēng)暴通常直到2017年夏至之后才形成。他們將觀察更多的風(fēng)暴，因?yàn)樵陧f伯的任務(wù)過(guò)程中土星的北半球從夏季移動(dòng)到秋季。

風(fēng)暴不是土星和地球共有的唯一大氣現(xiàn)象。土星也經(jīng)歷極光，或北極光和南極光。這些極光觸發(fā)了土星大氣中的化學(xué)變化，分解了一些分子，并允許新的分子形成。韋伯將尋找在中紅外波長(zhǎng)發(fā)光的特殊化學(xué)物質(zhì)的特征，特別是在北極地區(qū)。

泰坦，土星最大的月亮

土星最大的衛(wèi)星土衛(wèi)六也將落入韋伯強(qiáng)大的目光之下。泰坦是獨(dú)一無(wú)二的，因?yàn)樗俏覀兲?yáng)系中唯一擁有大量氣氛的衛(wèi)星。事實(shí)上，它比水星更大。土衛(wèi)六上的大氣壓力比地球大約高50%。像地球一樣，大氣層主要是氮?dú)?，但泰坦也有甲烷等氣態(tài)碳?xì)浠衔铩Ｍ列l(wèi)六也比地球更冷，表面溫度在零下290華氏度(零下180攝氏度)左右。

在泰坦的大氣層中，化學(xué)反應(yīng)不斷攪動(dòng)其成分。分子被分解成它們的成分，如碳，氫，氧和氮。這些原子形成新的分子，它們?cè)诳諝庵袧B透并沉淀在當(dāng)前正在經(jīng)歷冬季的任何一個(gè)極點(diǎn)上。

“土衛(wèi)六的氣氛就像一個(gè)大化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，”美國(guó)宇航局位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達(dá)德太空飛行中心的康納爾尼克森說(shuō)，他是該項(xiàng)目的首席研究員。尼克松和他的同事將使用韋伯的近紅外光譜儀(NIRSpec)和中紅外成像儀(MIRI)來(lái)研究這些分子，這些分子比卡西尼的儀器允許的更詳細(xì)。

泰坦也是我們太陽(yáng)系中除地球外唯一的物體，其表面有液態(tài)海洋和湖泊。雖然地球有一個(gè)水循環(huán)，其中水蒸發(fā)，下降為雨，并流入河流到海洋，泰坦經(jīng)歷了與甲烷類似的循環(huán)。在土衛(wèi)六上，甲烷雨通過(guò)堅(jiān)硬的水冰雕刻河床，然后流入柏油海。2004年登陸泰坦的歐洲航天局的卡西尼及其惠更斯探測(cè)器對(duì)這個(gè)土星衛(wèi)星進(jìn)行了卓越的發(fā)現(xiàn)。韋伯將研究泰坦的季節(jié)性氣候周期，將其與天文學(xué)家的模型進(jìn)行比較。

“泰坦有云的天氣，我們可以看到實(shí)時(shí)變化的，它的化學(xué)性質(zhì)是距離地球有很大不同，但它仍然是有機(jī)，碳基化學(xué)品，” NASA戈達(dá)德，在程序的合作研究者的孫燕姿米拉姆說(shuō)。

雖然Webb在發(fā)布后的任務(wù)壽命設(shè)計(jì)為至少5-1 / 2年，但可能持續(xù)10年或更長(zhǎng)時(shí)間。結(jié)果，它可以看到土星從北方的夏季到秋分，再回到南方的春天。當(dāng)卡西尼號(hào)在南方夏季抵達(dá)時(shí)，這幾乎將“完成圓圈”。

“我們將真正覆蓋整個(gè)土星年。這將是一次令人大開(kāi)眼界的經(jīng)歷，”弗萊徹說(shuō)。