我們知道對於岩石行星來說，計算一天的長度很簡單。只要選擇一個參考點，觀察旋轉出的檢視，然後回到檢視需要多長時間。但對於像土星這樣的行星來說，事情就沒那麼簡單了，因為它沒有可以跟蹤的表面特徵，但是僅僅是這樣嗎？

科學家們花了幾十年的時間試圖確定土星的旋轉週期，但這位光環巨星一直不願透露自己的祕密。到底為什麼土星的自轉如此難以測量，科學家近日似乎揭曉了真相！

我們知道，對於像地球這樣的行星，當我們測量旋轉週期時，我們知道我們在測量什麼，我們正在測量地球的表面。但對於氣態巨行星來說，情況就複雜多了。正是如此，土星是一個多層的氣體巨星，可能有一個岩石核心。核心被一層冰包圍，然後是金屬氫和氦。然後是一片氦雨區，再被一片液氫區包圍。然後是一大片氣態氫。土星的上層大氣由三層組成:上層是氨雲，下層是氫硫化銨雲，下層是水蒸氣雲。所以當科學家們談論土星的旋轉週期時，他們談論的是上層大氣。這是其表面唯一可以測量的部分。

科學家們通過觀察氣體巨星發出的無線電頻率來確定它一天的長度，但是測量土星的困難之處在於它只能發出地球大氣層阻擋的低頻無線電訊號。這與木星形成了鮮明的對比，木星可以發射出更高頻率的圖案，隨意地穿過地球的大氣層。正因為如此，科學家們才得以在宇宙飛船出現之前就已經計算出木星的自轉週期。

後來，測量土星不得不等到1980年和1981年，直到旅行者1號和旅行者2號訪問並收集資料。當時，他們測量了10小時40分鐘的旋轉週期。這是當時可用的最好的測量方法，並且一直有效沿用了20年。

奇蹟般的變化

但後來卡西尼號訪問了土星，並花了13年時間研究它和它的衛星。天文學家驚奇地發現土星的旋轉週期已經改變。卡西尼號的資料顯示，在旅行者號和卡西尼號之間的20年裡，一個行星生命中微不足道的一段時間內，它的一天的長度竟然發生了變化。

研究顯示在2004年左右，科學家發現土星自轉週期變化了6分鐘，大約1%。這幾乎是不可能的！整個行星是如何在如此短的時間內改變其旋轉週期的？這簡直令人匪夷所思，如此巨大的變化需要數億年才能發生。但還有更多令人奇怪的事，卡西尼號還測量了電磁模式，顯示南北半球擁有不同的旋轉週期！

土星的季節變化

這到底是什麼發生了什麼？假設卡西尼號的資料是正確的，那麼這種變化和兩個半球之間的差異一定是有原因的。科學家決定將土星與其最近的兄弟木星進行比較。

我們知道土星有四季，土星的軸向傾斜度接近27度，與地球的23度傾斜度相似。木星只有三度傾斜。就像地球一樣，土星的南北半球在繞太陽公轉時接收到的能量是不同的。

在土星大氣的外邊緣是一片等離子體區域，科學家認為，通過季節到達半球的不同數量的紫外線能量與等離子相互作用。在他們開發的模型中，紫外線的變化會影響等離子體，而在等離子體和外層大氣的交會處產生或多或少的阻力。而阻力決定了大氣的旋轉，就像無線電波發射所顯示的那樣，這種旋轉隨著我們觀察的季節而改變。

這是一個機械模擬模型，模擬土星的南北半球大氣和磁層等離子體可能發生的變化，從而產生關於土星旋轉速度的誤導訊號。也就是說來自等離子體的阻力減緩了旋轉，給了我們無線電發射訊號的旋轉週期。隨著季節的變化，等離子體阻力也會發生變化，無線電輻射也會發生變化。同樣，由於沒有固定的表面特徵，科學家們測量土星旋轉週期時使用的也是無線電輻射。

雖然說科學家開發的這個模型為旅行者號和卡西尼號之間20年的旋轉變化提供了一種解釋。不過，這種測量只針對土星的表層。這個岩石核心的品質是地球的9-22倍，隱藏在數萬公里的大氣層下，它的神祕仍然令人難以捉摸。