土星极地六边形来了！这个巨型“三明治”，实际上是层状云雾结构

图为卡西尼号于2013年11月27日拍摄到的土星及其圆环和北极六边形。

图片来源：NASA/JPL/SSI/Lights in the Dark

你是否知道在土星北极有一个巨大的、持久的、六角形（六边形）的云层？实际上，土星的六边形是在太阳系中最不常见也是最容易辨认的特征之一。现在，来自西班牙巴斯克大学研究人员正在进行的一项研究揭示了有关悬挂在六边形上方的薄雾，是类似三明治结构的多层的细节。这些发现来自于对哈勃太空望远镜拍摄的图片和卡西尼号航天飞机从2004年至2017年绕土星运行时传送回的图像的检查。

这一结果来自于一篇在《自然通讯》期刊上新发表的经过同行审阅的论文。

2015年6月，在卡西尼号飞船主摄像头对土星边缘拍摄而得的高分辨率图像中第一次捕捉到了土星六边形上方的薄雾。这些图像甚至拍摄到了0.6-1.2英里（1-2公里）大小的细节。因此，只要利用从紫外线到近红外线的滤色器，卡西尼号就能够看到薄雾，还能分析薄雾的成分。

这些薄雾悬于形成六边形的云层之上。科学家们发现薄雾层里至少有七层明显的分层。

卡西尼号拍摄的一张土星北极六边形的近距离照；小图为六边形上雾层的特写。

该研究的发起人Agustín Sánchez-Lavega提到：卡西尼拍摄到的图像使我们能够发现土星六边形，就像一个已经做好的三明治那样，实际上是一个拥有至少七层的多层系统，从云层的顶端向外一直延伸到超过186英里（300公里）的高度。其他寒冷的星球，例如土星的卫星土卫六，或是矮行星冥王星，也有类似的多层云雾，只不过无论是从数量上看，还是从雾层的间隔规律上看，都远远比不上土星六边形上方的薄雾。

摘要:

2015年6月，卡西尼号高分辨率拍摄的土星六角形波以南的翼部图像显示，在上层云层上方至少有六层堆积的霾层。在这里，我们描述了这些雾霾层的特征，并讨论了它们的性质。垂直厚度7 ~ 18 km [4-11 mi]，海拔约130 km [80 mi]，压力水平0.5 bar ~ 0.01 bar。在它们上方，一层稀薄但延伸的气溶胶层达到了约340公里[211英里](0.4毫巴)的高度。光谱反射率的辐射传递模型表明，雾霾特性与直径为0.07-1.4 um、数密度为100-500 cm-3的粒子一致。雾霭的性质与碳氢化合物冰(包括乙炔和苯)在高海拔地区冷凝形成的雾霭是一致的。它们的垂直分布可能是由于六边形及其相关东喷流的动力强迫所产生的向上传播的重力波。

土星大气层级结构图（包括最顶部雾层）图片来自KHadley

哈勃望远镜和卡西尼号类似，都可以从土星上方，而非土星盘面边缘直接观测该六边形。

关于土星六边形和其雾层的最新研究表明，在土星紊流深布的氢气层中，其天气系统和其它气象的复杂性令人叹为观止。

每层雾层厚度在4.3~11英里（7~18公里)之间，非常小的微粒构成，直径约为1μm左右(百万分之一米）。 根据卡西尼号回传的数据，这些颗粒由碳氢化合物冰晶组成，如乙炔、丙炔、丙烷、双乙炔和丁烷等。 地球大气几乎没有这些物质，不过这也很正常，因为土星的大气主要是成分是氢，而且温度在-184℉~-292℉（-120℃~-180℃）之间，比地球温度低得多。

研究人员还发现，雾层有一个规则的垂直分布。科学家认为这是是由重力波的垂直传播引起的，引起了大气密度和温度的周期性振荡变化。 这种现象还是比较常见的，在其它行星包括地球在内也有类似现象。 据研究人员说，重力波可能是由六边形本身和围绕它的强大射流（jet stream）引起的。 即使在地球上，这种类似的重力波也被探测到过，是由喷气流产生的，它们以每小时62英里（100km/h）的速度在中纬度地区传播。 然而，在巨大的土星上，这种重力波和射流速度更快、力量更强大。

从卡西尼号拍摄的土星六边形轨迹的高分辨率俯视图。六边形的中心有一道巨大的飓风，并且还可以看到许多其他较小的风暴。不同的颜色是由紫外线到可见光的不同波长组合而成的。图片来源：NASA Science。

通过卡西尼号从上方观测时，有着令人惊讶的发现，六边形看起来几乎是完美的，就像一块巨大的艺术品漂浮在土星的北极上。六边形的中心是巨大的飓风，飓风之眼比地球上平均的飓风之眼大50倍。在六边形内还可以看到许多其他较小的旋涡，其中一些随急流一扫而空。

在这个高分辨率的影片中，你可以看到六边形内部特征的移动。地球上的飓风通常只持续大约一周左右，而这个六边形和中心飓风被认为没有几个世纪也至少已经存在了几十年。正如前卡西尼成像团队的安德鲁·英格索尔(Andrew Ingersoll)所说：

六边形仅仅是气流，众所周知，与之相似的天气特征是湍流和不稳定。地球上的飓风通常会持续一周，但这已经持续了数十年，谁知道呢有可能持续了几个世纪。

圣地亚哥·佩雷斯-霍约斯、奥古斯丁·桑切斯·拉维加、特蕾莎·德尔·里奥·加兹特鲁蒂亚和里卡多·韦索，他们参与了这项新的研究。图像来源：UPV/EHU/Campusa。

六边形飓风令人叹为观止的美丽，以及它上面错综复杂的雾层，表明了土星的大气层和天气系统是多么复杂。在某些方面，它们让人联想到地球上的风暴和天气，但土星上的规模要大得多，而且表现方式与我们地球上看到的任何东西都不同。

要旨：一项新的研究揭示了悬挂在土星北极巨大的六边形飓风上方的多层三明治状雾层的细节。

作者：Paul Scott Anderson 

FY：Astronomical volunteer team

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审核：天文志愿文章组-

排版：零度星系

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自：https://earthsky.org/space/haze-saturn-hexagon-cassini-hubble

本文由天文志愿文章组-睡不醒的狸猫、jack-o-lantern 覃蓝逸、文若、離灬火、Saturn(云销雨霁)

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