科学发布:哈勃空间望远镜(Hubble Space Telescope)追踪到环绕土星(Saturn)南极(south pole)的新十边形结构
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内容提要
美国国家航天局(NASA)/欧洲航天局(ESA)的哈勃空间望远镜在土星南半球(southern hemisphere)发现了一个巨大的十边形大气波。这一发现标志着科学家首次在土星南半球观测到此类规则的急流(jet stream)模式,并为研究巨行星(giant planet)的大气演化提供了难得的机会。

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heic2612 — 科学发布

哈勃空间望远镜追踪到环绕土星南极的新十边形结构

2026年9月2日

近期,利用美国国家航天局(NASA)/欧洲航天局(ESA)哈勃空间望远镜(Hubble Space Telescope)进行的观测,揭示了一个环绕土星(Saturn)南极(south pole)的巨大且不断演化的十边形大气波。这一发现标志着科学家首次在土星南半球(southern hemisphere)观测到大型规则边数的急流(jet stream)模式。该特征与土星北极著名的六边形惊人地相似,但又有着明显的不同,这表明科学家可能正在见证这一标志性气态巨行星上出现的一种全新大气现象。

通过整合自2023年以来的多年哈勃观测数据,研究人员在这一结构形成清晰的模式之前,就发现了其开始显现的细微迹象。这些观测是哈勃“外行星大气遗产”(OPAL)项目的一部分,该项目十多年来每年都会对带外行星(outer planet)进行拍摄。

研究结果已发表在《科学进展》(Science Advances)期刊上。

“在土星南半球,我们从未见过类似的东西,”该研究的合著者、美国国家航天局(NASA)戈达德航天中心(Goddard Space Flight Center)的OPAL首席研究员Amy Simon表示,“北极的六边形在我们过去40多年的观测中一直存在。而这个特征则不同——它似乎正在增强,这为我们提供了一个难得的机会,去观察一个巨大的大气模式是如何形成的。”

这一发现之所以成为可能,是因为土星季节的变化逐渐使土星南极重新进入地球(Earth)的观测视野,而那些通过地基天文台(ground-based observatory)分析土星图像的敏锐天文学家(astronomer)们率先识别出了它。

该项新研究的首席作者Agustín Sánchez-Lavega是西班牙巴斯克大学的研究员。该大学管理着一个名为“行星虚拟天文台实验室”(Planetary Virtual Observatory Laboratory)的网站,接收来自世界各地观测者提供的太阳系(solar system)行星地基图像。正是通过这些图像,Sánchez-Lavega与天文爱好者(amateur astronomer)Trevor Barry和Jean-Paul Oger在2024年首次注意到南极沿线存在一条细微的起伏带。2025年从地面拍摄的额外图像进一步强烈暗示了这一十边形结构的存在。

这时,哈勃的观测发挥了作用。哈勃从太空的观测视角提供了无与伦比的图像清晰度和空间分辨率(spatial resolution),能够覆盖土星的完整自转周期,且不会受到地球大气层的干扰。

“考虑到土星南北急流系统的对称性,自1990年以来,我们一直在哈勃图像中寻找土星北极六边形在南极的对应物,”Sánchez-Lavega说,“卡西尼号土星探测器(Cassini spacecraft)在2004年至2017年间环绕土星飞行,其图像也没有显示出任何长寿命结构的迹象。哈勃数据证实了该特征早在2023年就已存在。”

该波位于土星强大的急流之一内,并延伸穿过大气的多个层级,这表明它不仅仅是一个云层特征,而是一个垂直延伸的大气结构。由于哈勃在不同波长下拍摄图像,十边形的视位置(apparent position)会略有偏移。这些不同的波长探测的是土星大气中不同的高度。

“对我来说,最引人入胜的部分是它似乎是最近才形成的,”Simon说,“问题在于,为什么我们以前从未见过,而它现在却突然形成了?”

未来需要利用哈勃和美国国家航天局(NASA)/欧洲航天局(ESA)/加拿大航天局(CSA)的韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope)进行进一步研究,并结合计算机模型(computer model)分析,以了解该十边形是如何形成的、它可能持续多久,以及它与北极长寿命六边形的对比情况。

这一发现凸显了哈勃最大的优势之一:其长期的运行时间使天文学家能够追踪太阳系行星及其他天体(astronomical object)随时间发生的变化。

OPAL项目不仅提供单一的快照,还允许科学家追踪季节性变化、监测短寿命风暴,并识别其他随时间缓慢演化的大气特征。

“当我们启动OPAL项目时,我们期待着引人注目的惊喜,但我们并不知道具体会期待什么,”该研究合著者、加州大学伯克利分校的Mike Wong说,“我们从OPAL中看到的许多发现,不仅仅基于单次观测,而是基于多年积累的数据。长期的常规观测(regular observation)正在促成许多新的发现。”

研究团队计划继续观测土星,以确定该十边形是会像北极六边形那样演变成一个长寿命、稳定的结构,还是会继续演变。未来的观测也有助于科学家确定是什么驱动了这种波,它揭示了整个太阳系巨行星(giant planet)的大气动力学,以及它们与我们在地球上所见现象之间的联系。

分类:观测设备 · 太阳系

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