土星的“环形雨”是一种惊人的化学混合物

从土星环落入大气层的物质的“环形雨”比科学家想象的更强烈，污染更严重。

几十年来，天文学家一直怀疑土星环覆盖了地球上的水冰颗粒，但美国宇航局卡西尼号宇宙飞船的一些最终观测提供了这些天雨的第一个详细视图(SN :4/14/18，第6页)。研究人员在10月5日的《科学》杂志上报道，环形雨被有机物质和其他分子高度污染，每秒钟撞击土星数千公斤。了解雨水惊人的数量和质量有助于阐明土星环的起源和演变。

研究人员分析了卡西尼号离子中性质谱仪收集的数据，这些数据是在2017年航天器最后几个轨道期间收集的。水只占从土星环系统滚入大气的物质的24%；其余的是甲烷、一氧化碳、二氮、氨、二氧化碳和有机纳米粒子碎片。

加州帕萨迪纳NASA喷气推进实验室的卡西尼项目科学家琳达斯皮克(Linda Spilker)没有参与这项研究，她说，土星环的不同化学成分是“一个巨大的惊喜”，因为远程观测显示土星环系统几乎完全是水冰。研究人员不确定为什么周围的雨水如此缺水。

这项研究的合著者、美国宇航局艾姆斯研究中心行星科学家莫菲特菲尔德(Moffett Field)杰夫库齐(Jeff Cuzzi)说，土星环中带的辐射塞可能是原因之一。卡西尼号的临终观察还提供了这个充满能量的质子群的第一个特写镜头，这在10月5日的另一项研究中得到科学描述。Kuz推测，来自土星带的高能辐射可能吹走了D环土星附近的大部分水，留下了更重的物质，比如有机化合物。

圣安东尼奥西南研究所的行星科学家亨特韦特是研究环形雨的合著者之一。他说，不管是什么原因，环形雨的特殊成分可能会重塑我们对土星大气中碳和氮含量的理解。他说，土星的化学成分可能“只是一种幻觉”，这是由落下的物质掩盖了这个气态巨行星的真实成分而形成的。

除了周围雨水的化学性质，卡西尼号的观测还揭示了这种物质是如何以每秒4800至45000公斤的速度落入土星大气层的。

库奇说：“这是大量物质流入地球。”

他说，在土星的历史上，土星环可能没有保持过这样的降雨量。如果是这样，细长的小D环早就被侵蚀掉了。然而，最近，一颗彗星或其他流氓天体可能撞击了土星的环系统，将通常轨道上的粒子推开，使其更容易受到土星引力的影响。

西南研究所的宇宙化学家、环雨研究的合著者凯利米勒说，如果目前的洪水实际上是土星环中正常的降雨率，那么也许D环会不断吸收土星外环的物质。

斯派克说，土星与土星环关系的确切性质“仍然是个谜”。然而，设计更详细的理论来模拟地球大气层和土星环之间发生的事情，并根据卡西尼号收集的数据验证这些理论，可能有助于填补这一空白。

她说，这样的工作不仅可以帮助科学家更好地理解土星，还可以帮助科学家更好地理解宇宙中任何可能围绕其他恒星的带有光环的行星。

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