分享本文至 E-mail 信箱

學術引用格式

MLA (點一下全選)

APA (點一下全選)

EndNote(.enw)

卡西尼號觀測到泰坦大氣驟然轉變

2012/12/06 | | 標籤:

根據來自卡西尼號(Cassini)太空船的觀測資料,土星最大的衛星—土衛六(泰坦,Titan)在未預期到的大氣高度內,其大氣環流方向整個逆轉。精確一點地說,土衛六南極區域,在先前卡西尼號觀測資料中還顯示大氣是向上升湧的,但近期的觀測卻發現此處的大氣呈現下沈狀態。科學家們認為:造成此現象的原因,很可能是因為土衛六自轉軸相對於太陽光的方向改變的季節性變化所致。相關論文發表在《自然》(Nature)期刊中。

畢竟土衛六隨著土星環繞太陽一周,也就是土星的「1年」,其實相當於地球的30年,所以通常土衛六的大氣變化相當緩慢而不明顯。而現在,在卡西尼號近距離觀測的幫助下,能察覺到土衛六的大氣環流在短期內發生變化,這當然會讓發現此現象的英格蘭布里斯托大學(University of Bristol)Nick Teanby等人感到相當興奮。

太陽系中,只有地球、金星、火星和土衛六是既擁有固態表面、又擁有殷實大氣層的星體,成為科學家們得以探索氣候變遷的天然實驗室;而藉由對土衛六大氣層的瞭解,或許可以反過來應用在我們自己地球的複雜大氣層中。而無論地球或土衛六,其大氣層某些複雜度的來源,皆為大氣循環和其間的化學作用。

地球之所以有四季變化,是因為地球自轉軸相對於公轉面的垂直方向有約23.5度的傾角,使得地球繞太陽公轉的過程中,太陽光直射的緯度不相同,夏季時北極朝向太陽,陽光直射北半球,春秋分直射赤道,冬季時則換南極朝向太陽,陽光直射南半球。同理,土衛六的南極區正逐漸進入冬季,是因為土衛六隨土星繞太陽公轉之故,使得土衛六的南極相對於太陽的朝向愈來愈偏離太陽。

卡西尼號從2004年開始環繞土星運行,可以用與地球不同的角度來研究土衛六隨時間的變化。約20年前便有理論模擬預測土衛六的大氣循環會變化,但直到最近才終於透過卡西尼號直接觀測到大氣循環正在發生變化的過程。卡西尼號上的其他儀器,近期曾拍攝到土衛六南極上空出現霧靄和渦流等現象;但卡西尼號的綜合紅外光譜儀(composite infrared spectrometer,CIRS)對海拔較高處的現象,比其他儀器更靈敏,因此能提供更好的資訊,也更能直接探索土衛六的大氣循環和化學作用。從CIRS資料,這些科學家能追蹤大氣溫度的變化,以及像苯(benzene)和氰化氫(hydrogen cyanide)等氣體的分佈狀況,甚至能呈現以往很難偵測到的垂直風與全球大氣循環的變化。

除了找到下沈氣流的證據外,卡西尼號還偵測到在南極大氣一直到距地面約600公里高空中都有複雜化學作用產物,顯示大氣環流的延伸的高度比先前認為的還高了100公里上下。當這些下沈氣流移動到低海拔高度時會被壓縮,從而形成一個熱點,盤旋在南極上空,這是重大改變即將來臨的第一個重大線索。這些科學家也注意到,在2009年8月通過土衛六的秋分點、太陽直射土衛六赤道的前後約6個月內,土衛六大氣有非常快速的變化,顯見此時土衛六大氣循環正在逆轉。大氣循環改變,意味著在秋分點後2年內,某些氣體的濃度會增加倍左右,這種變化程度,比迄今在土衛六上曾看到的任何變化都還劇烈許多。

之前曾觀測到土衛六南極附近有分離的霾靄層,最早是航海家號太空船偵測到的,不過透過CIRS觀測資料卻顯示:既然複雜化學作用垂直大氣運動都發生在霾靄層之上,那麼或許霾靄層並不是一直都是如此分離獨立的狀態。這個霾靄層可能是比較小的霾靄粒子彼此結合變大的地方,只是結合出來的團塊最終還是向下沈,並讓土衛六呈現橘色的外表。

這些科學家們預期下一個在土衛六南極上空發生的現象將會是出現渦流;如果真的產生渦流了,那麼下一個該解開的問題,將是冬季的南極發生的狀況,是否會與冬季的北極一樣,還是只有南極會這樣?因此,科學家們得持續盯著這些變化,希望能進一步瞭解土衛六的大氣循環如何隨季節而改變。

資料來源:NASA’s Cassini Sees Abrupt Turn in Titan’s Atmosphere. NASA [November 28, 2012]

轉載自 網路天文館

關於作者

臺北天文館

臺北天文館

臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!