和地球一樣，木星、土星、天王星和海王星四大氣態巨行星的上層大氣也是相對溫熱的。可是不像地球，這些行星離太陽非常遙遠，難以用太陽輻射進行解釋，其中原因一直是行星科學的一大謎團。

現在，天文學家通過分析卡西尼號的探測資料，找到一個靠譜解釋——土星，乃至其他氣態巨行星上層大氣被加熱，可能與行星極光有關。卡西尼號的探測資料表明，太陽風與土星衛星噴發的帶電粒子相互作用產生的電流，引發了土星極光，並加熱了土星上層大氣。

卡西尼號是美國宇航局1997年10月發射的土星探測器，在太空飛行近7年後，於2004年7月抵達土星軌道，直到2017年9月墜向土星大氣焚燬，結束傳奇的探測生涯。雖然卡西尼號任務已結束，但其傳回地球的海量資料仍值得科學家進行長期研究。

在墜向土星前，卡西尼號從土星與最內側的土星環之間穿越22次，對土星展開前所未有的超近距離探測，這一任務階段被稱為大結局。

本項新研究正是利用卡西尼號在大結局期間收集的關鍵資料，完成了人類迄今為止對土星上層大氣溫度和密度最完整的測繪，幫助我們更好地理解土星上層大氣的加熱機制。

據介紹，卡西尼號當時詳細觀測了土星身後獵戶座和大犬座方向的數顆明亮恆星。通過分析這些恆星的星光在穿過土星大氣時的變化情況，天文學家測定了土星大氣密度。行星大氣密度隨高度增加而下降，而下降速度則取決於溫度，這使他們得以對土星大氣溫度進行評估。

研究結果表明，土星上層大氣溫度的峰值出現在土星極光區域，暗示極光電流加熱了土星上層大氣。熱量最初在土星兩極附近沉積，然後通過全球風系統散播出去，向土星赤道區域傳遞，最終實現對土星上層大氣的全面加熱。這種加熱效果高達太陽輻射的兩倍。

除此之外，大氣溫度和密度的測定還有助於天文學家計算風速，揭示關於土星上層大氣的更多性質。有的人死了，他還活著，探測器也一樣。研究合著者托米·科斯基寧（Tommi Koskinen）表示：“這些結果對我們認識行星上層大氣至關重要，是卡西尼號遺產的重要組成部分。”

研究人員已經將相關成果釋出在《自然-天文學》上。

https://phys.org/news/2020-04-saturn-atmosphere-hot.html