利用來自美國宇航局卡西尼號宇宙飛船的新數據，研究人員相信他們已經解開了太陽系科學中一個長期存在的謎團：土星上一天的長度，那就是10小時33分38秒。而為了獲得這一數字，幾十年來行星科學家一直在做努力嘗試，因為這個氣態巨行星在旋轉過程中沒有固定的表面可以追蹤，而且它有一個不尋常的磁場，掩蓋了行星的自轉速度。
結果，答案其實就隱藏在土星環裡。
美國國家航空航天局的卡西尼號飛船拍攝的照片顯示，2016年土星的北半球正接近夏至。土星上的一年是29個地球年;根據對「卡西尼」號數據的最新分析，一天的時間只有10:33:38。Credits: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
在卡西尼號的土星軌道上，儀器以前所未有的細緻程度檢查了冰冷的巖石環。克里斯多福·曼科維奇（Christopher Mankovich）是加州大學聖克魯斯分校（UC Santa Cruz）天文學和天體物理學的研究生，他利用這些數據研究了土星環內的波動模式。他的工作確定了土星環會對行星自身振動做出反應，類似於用來測量地震震動強度的地震儀。土星內部的振動頻率會引起引力場的變化。而這些土星環，反過來也會受土星磁場的影響。曼科維奇說：「整個環中的粒子都會在重力場中感受到這些振蕩。」在環中的特定位置，這些振蕩會在合適的時間影響環中的粒子，使其在軌道上逐漸積累能量，而能量則以可觀測的波的形式被帶走。」曼科維奇的研究發表在1月17日的《天體物理學雜誌》上，描述了他是如何開發出與土星環波相匹配的內部結構模型的。這使他能夠跟蹤行星內部的運動，從而跟蹤它的自轉。分析得出的旋轉速度為10小時33分38秒，比1981年的先前估計快了幾分鐘，這是基於NASA的旅行者號宇宙飛船的無線電信號。
旅行者號數據的分析，估計是10小時39分23秒，是基於磁場的信息。卡西尼號也使用了磁場數據，但早期的估計範圍從10小時36分一直到10小時48分。
科學家通常依靠磁場來測量行星的旋轉速率。木星的磁軸和地球的磁軸一樣，並沒有和它的旋轉軸對齊。因此，當行星旋轉時，它會擺動，使科學家能夠測量無線電波中的周期性信號來獲得旋轉速率。然而，土星是不同的。它獨特的磁場幾乎與它的旋轉軸完全一致。這就是為什麼土星環的研究對於確定一天的長度至關重要。土星的科學家們對這個星球的核心問題有了迄今為止最好的答案感到高興。研究人員利用土星環中的波來觀察土星的內部，並將這顆長期以來一直在尋找的基本特徵突顯出來。卡西尼項目科學家琳達·斯皮爾克說：「這是一個非常可靠的結果，土星環掌握著答案。」其實，早在精準的觀測成為可能之前，1982年就有人首次提出土星環可以用來研究這顆行星的地震學。
合著者馬克·馬利（MarkMarley）現在在加州矽谷的美國宇航局艾姆斯研究中心工作，他隨後在1990年詳細闡述了他的博士論文的想法。在展示計算方法的同時，他還預測了土星環的位置。他還指出，卡西尼號的任務，在計劃階段能夠進行所需的觀察，以檢驗這一想法。加州大學聖克魯茲分校(UC Santa Cruz)天文學和天體物理學教授，同時也是卡西尼號團隊的成員喬納森·福特尼(Jonathan Fortney)說：「20年後，在卡西尼號任務的最後幾年，科學家們分析了任務數據，在馬克預測的位置發現了環形特徵，目前的這項工作旨在充分利用這些觀察結果。」
卡西尼號的任務於2017年9月結束，當時由於燃料不足，任務小組故意將飛船投入土星的大氣層，以避免飛船撞向土星的衛星。
卡西尼-惠更斯任務是NASA、歐洲航天局(ESA)和義大利航天局的合作項目。NASA的噴氣推進實驗室是位於帕薩迪納市的加州理工學院的一個分部，負責為位於華盛頓的NASA科學任務理事會管理這一任務。噴氣推進實驗室設計、開發並組裝了卡西尼號軌道飛行器。雷達儀器是由噴氣推進實驗室和義大利航天局與來自美國和幾個歐洲國家的團隊成員共同研製的。
文章來源：https://www.nasa.gov/feature/jpl/scientists-finally-know-what-time-it-is-on-saturn
責任編輯：一毫秒的永恆
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