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（神秘的詹姆地球uux.cn）據(jù)美國太空網(wǎng)（羅伯特·李）：天文學(xué)家看到了土星這個環(huán)形星球北部的夏季隨著長達(dá)7.5年的秋季的到來而變冷。。斯韋
利用詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)在2022年11月期間對土星的伯太觀測，由萊斯特大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的空望一個小組觀察到了這個氣體巨人的冷卻趨勢，這是遠(yuǎn)鏡由于行星大小的氣流隨著土星的漫長季節(jié)轉(zhuǎn)換而逆轉(zhuǎn)方向。
萊斯特大學(xué)物理和天文學(xué)院教授利·弗萊徹在一份聲明中說:“以前從未有航天器探索過土星的觀察北半球夏末和秋季，所以我們希望這只是土星一個起點(diǎn)。”“來自JWST的節(jié)變新數(shù)據(jù)的質(zhì)量簡直令人驚嘆——在一組短暫的觀察中，我們能夠?qū)⒖ㄎ髂崛蝿?wù)的詹姆遺產(chǎn)延續(xù)到一個全新的土星季節(jié)，觀察天氣模式和大氣環(huán)流如何響應(yīng)變化的斯韋陽光。”

2022年11月JWST·MIRI/MRS觀測土星的蒙太奇照片，需要四張照片來研究土星的空望北半球和環(huán)。背景中顯示了2022年9月獲得的遠(yuǎn)鏡哈勃可見光觀測圖像，以供比較。觀察(圖片鳴謝:uux.cn/NASA、土星ESA、艾米·西蒙(NASA-GSFC)；圖像處理:艾麗莎·帕甘(STScI)))
天文學(xué)家使用JWST的中紅外儀器(MIRI)對土星進(jìn)行了觀察，這使他們能夠在我們?nèi)庋蹮o法看到的紅外波長的光中觀察行星的大氣層。MIRI讓團(tuán)隊(duì)測量土星大氣的溫度，并看到其中化學(xué)物質(zhì)的指紋，測量它們的豐度，同時觀察土星大氣頂部——平流層——存在的攪動云。
這顆氣態(tài)巨行星是離太陽第六遠(yuǎn)的行星，以其引人注目的冰環(huán)而聞名，它和地球一樣經(jīng)歷季節(jié)，因?yàn)楹臀覀兊牡厍蛞粯樱鄬τ谔杻A斜。盡管土星的軸向傾角為26.7度，與我們地球的23.5度相似，但它的軌道要寬得多，這意味著這個氣體巨人的四季比地球長得多。
土星繞太陽一周需要29.4個地球年，這導(dǎo)致季節(jié)持續(xù)大約7.5個地球年。這些新的JWST觀測讓科學(xué)家們對那些漫長的季節(jié)以及它們開始轉(zhuǎn)變時的現(xiàn)象有了新的認(rèn)識。JWST的觀測補(bǔ)充了美國宇航局卡西尼-惠更斯(卡西尼)飛船收集的數(shù)據(jù)，該飛船在冬季和春季對這顆氣態(tài)巨行星進(jìn)行了13年的觀測。

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的NIRCam儀器于2023年6月拍攝的土星及其部分衛(wèi)星。(圖片鳴謝:uux.cn/NASA、ESA、CSA、STScI、M. Tiscareno (SETI研究所)、m .海德曼(愛達(dá)荷大學(xué))、M. El Moutamid(康奈爾大學(xué))、M. Showalter (SETI研究所)、L. Fletcher(萊斯特大學(xué))、h . Hammel(AURA)；J. DePasquale (STScI)的圖像處理
新JWST的觀測結(jié)果被編輯成一個動畫，展示了氣體巨星的外觀在不同波長的光下如何變化，就像地球上樹葉變黃可以看到夏天到秋天的轉(zhuǎn)變一樣。
在鏡頭中，行星北極的熱輻射由亮藍(lán)色表示，而黃色代表土星大氣中明亮溫暖的部分。紫色區(qū)域可以看出溫度的差異，它代表了地球大氣中較冷較暗的部分。這顆氣態(tài)巨行星臭名昭著的帶狀外觀在土星對流層(其大氣層的最低層)的光波長觀測中清晰可見。
動畫還顯示了哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在2022年9月收集的可見光觀測結(jié)果。這些顯示在背景中，作為JWST圖像的對比。
在JWST的數(shù)據(jù)中還可以看到土星北極932英里(1500公里)寬的極地氣旋(NPC)。這是由一個廣闊的溫暖氣體區(qū)域環(huán)繞，這些氣體是在土星北半球春季聚集時觀察到的，稱為北極平流層渦旋(NPSV)。
這些溫暖的漩渦穿過這顆氣態(tài)巨行星的平流層，在土星的夏季，它們在平流層被加熱。2025年，地球?qū)⒔?jīng)歷秋分——太陽位于地球赤道正上方的點(diǎn)(地球在9月份有自己的秋分)。隨著秋分的臨近，NPSV將開始降溫，并將隨著北半球完全進(jìn)入秋季和變暗而消失。
這些土星大氣中的漩渦之前被卡西尼號近距離觀察到。然而，JWST觀測這顆氣體巨星的紅外數(shù)據(jù)顯示，土星平流層的溫度分布與該航天器收集的數(shù)據(jù)不同，該航天器于2017年撞上了這顆氣體巨星。這是因?yàn)榭ㄎ髂崽柺窃诘厍虮辈康亩竞痛杭具M(jìn)行觀測的。

美國宇航局的卡西尼號飛船于2017年4月26日拍攝了這張土星北極漩渦的照片。(圖片來源:uux.cn/美國宇航局/JPL加州理工學(xué)院/空間科學(xué)研究所)
JWST號和卡西尼號觀測到的土星大氣中氣體的分布也有所不同。這是美國國家航空航天局(NASA)航天器在土星北部冬季和南部夏季進(jìn)行觀測時，空氣從南半球上升并穿過土星赤道的結(jié)果。這一過程在北半球夏季/南半球冬季發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，在此期間，JWST觀測到了這顆行星，導(dǎo)致強(qiáng)大的太空望遠(yuǎn)鏡看到了從土星北部流向南部的低碳?xì)浠衔餁怏w。
土星被選為JWST早期的太陽系目標(biāo)，以測試這臺價值100億美元的望遠(yuǎn)鏡的能力，因?yàn)檫@顆明亮的旋轉(zhuǎn)行星對MIRI儀器的小視場提出了挑戰(zhàn)。MIRI一次只能看到土星的一小部分，因?yàn)榕c它的一些其他目標(biāo)相比，這顆行星太亮了，這些目標(biāo)通常位于數(shù)十億光年之外。
這項(xiàng)調(diào)查的挑戰(zhàn)性意味著這些土星觀測的計(jì)劃在2022年之前已經(jīng)進(jìn)行了大約8年。即使進(jìn)行了近十年的規(guī)劃，F(xiàn)letcher說，他和他的團(tuán)隊(duì)還是被JWST提供的數(shù)據(jù)質(zhì)量震驚了，這位萊斯特大學(xué)的教授將這項(xiàng)工作描述為職業(yè)生涯的亮點(diǎn)。
“JWST可以看到以前任何航天器都無法看到的波長的光，產(chǎn)生了一個精致的數(shù)據(jù)集，激起了未來幾年的興趣，”弗萊徹說。“對土星的這項(xiàng)工作只是對所有四顆巨行星的觀測計(jì)劃的第一步，JWST提供了我們過去從未有過的能力——如果我們可以從對一個世界的一次觀測中獲得如此多的新發(fā)現(xiàn)，想象一下還有什么發(fā)現(xiàn)在等待著我們？”
該小組的研究發(fā)表在《地球物理研究行星雜志》上。