土星的快速自转使其白天出现极光

在地球上，迷人的极光通常只能在夜间看到，但在土星上，它们可以在正午时分出现。

今天发表在《自然天文学》杂志上的一项新研究发现，土星中午时分爆发的磁场足以产生极光。研究人员表示，这一发现可能还有助于解释从木星探测到的神秘 X 射线脉冲。

当磁场发生碰撞时，它们会引发强大的爆炸。例如，等离子体（构成恒星和已知宇宙中大多数普通物质的带电粒子云）自然地嵌入了磁场，当来自太阳的等离子体快速轰击环绕地球的带电粒子壳（即磁层）时，磁场线会断裂并重新连接。这种重新连接可以爆炸性地将磁能转化为热能和动能。

磁重联为太阳耀斑提供能量，向太阳系发射大量带电等离子体。当这些耀斑中的磁场与行星周围的磁场发生碰撞时，这种相互作用（也是磁重联的一种形式）可以产生令人惊叹的极光。除了火星、金星、天王星、木星和土星外，地球天空中北极光和南极光的形成也源于这一过程。

在土星上，先前的研究已在磁层顶的白天一侧（即太阳风与土星磁场相遇的地方）发现了重联现象。土星磁盘的夜间一侧也发现了重联现象。磁盘由水和其他物质形成的等离子体环，这些物质由土星的众多卫星喷出。电磁力将这圈等离子体限制在土星赤道附近，当磁盘中的磁场线改变排列方式时，“例如在重联事件期间，等离子体会被释放和加速”，欧洲航天局行星科学家 Nicolas Altobelli 解释道，他没有参与这项研究。

由于土星磁层顶背侧的等离子体之间几乎没有碰撞，因此那里不会发生重联。由于太阳风压缩了磁层的背侧，使那里的等离子体变厚，因此土星磁盘的背侧也不可能发生重联。

这项研究的共同主要作者、比利时列日大学行星科学家姚钟华表示，科学家们原本预计这种重新连接通常只会发生在薄的等离子体片上，而不是较厚的等离子体片上，因为在任何给定的空间中，薄片比厚片更容易堆积在一起，而且更近的距离使得等离子体内的磁场更容易重新连接。

然而，利用卡西尼号太空船的数据，科学家们现在有了土星磁盘在中午时分发生重连的直接证据。他们补充说，他们从这次重连中探测到的高能量足以为极光提供能量。

研究人员认为，这种重新连接之所以会发生，是因为土星的旋转速度足够快，即使在正午太阳风的压力下，也能使其磁盘中的等离子体变薄。尽管土星比地球大 760 多倍，但它在大约 10 小时内完成自转，而地球则需要 24 小时。“这意味着行星自转在推动磁重联方面发挥的作用比我们想象的要重要得多，”姚说。

这一发现可能有助于解释此前在土星和木星上看到的日侧极光。姚说：“我们预计这一过程也会发生在木星日侧磁盘上，NASA 朱诺号任务正在探索木星磁层，这可能会证实这一点。”她补充说，这种重联过程中的高能反应也可能有助于解释从木星看到的神秘 X 射线脉冲。