NASA 的詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡（James Webb Space Telescope）與哈勃太空望遠(yuǎn)鏡（Hubble Space Telescope）聯(lián)手，以互補(bǔ)波段呈現(xiàn)了迄今最完整的土星觀測影像。這不僅僅是更清晰的土星照片，更讓科學(xué)家能夠從不同“深度”理解土星的大氣、極光以及環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

哈勃揭示了土星整體細(xì)微的顏色變化與云帶結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，而韋布則通過紅外觀測，探測從深層云系到高層大氣的結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成。兩者結(jié)合，使科學(xué)家可以像“分層切片”一樣解析土星大氣，從而理解不同高度之間是如何相互作用的。

這些成果來自哈勃一項(xiàng)持續(xù)超過十年的外行星大氣長期監(jiān)測計(jì)劃，并延續(xù)、補(bǔ)充了卡西尼-惠更斯號（Cassini–Huygens）在1997年至2017年的觀測數(shù)據(jù)，標(biāo)志著人類對土星認(rèn)知的重要進(jìn)展。

活躍而復(fù)雜的土星大氣

土星的大氣極為活躍。

韋布的觀測顯示，在北半球中緯度存在一條長壽命噴流結(jié)構(gòu)——“帶狀波”（ribbon wave）。這種結(jié)構(gòu)的形態(tài)受到難以直接觀測的大氣波動影響。在其下方的一處亮區(qū)，則是2010至2012年“春季大風(fēng)暴”的遺留痕跡。

南半球同樣分布著多個風(fēng)暴系統(tǒng)。這些結(jié)構(gòu)都由云層下方強(qiáng)烈的氣流與波動塑造，使土星成為研究極端條件下流體動力學(xué)的重要天然實(shí)驗(yàn)場。

此外，土星北極著名的六邊形噴流結(jié)構(gòu)也在觀測中被識別出來。該現(xiàn)象最早由航海家號（Voyager）計(jì)劃于1981年發(fā)現(xiàn)，至今仍然穩(wěn)定存在，是太陽系中最著名、最持久的大尺度天氣現(xiàn)象之一。

隨著北半球逐漸進(jìn)入冬季，這一地區(qū)將有大約15年處于黑暗之中。因此，這批觀測數(shù)據(jù)可能會成為直到2040年代之前少數(shù)可獲取的高分辨率資料。

極光與環(huán)系統(tǒng)的新細(xì)節(jié)

JWST的紅外觀測顯示，土星兩極呈現(xiàn)灰綠色，這可能源于高空氣溶膠層的散射作用，或者與極光活動有關(guān)。

極光是帶電粒子與行星磁場相互作用產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象。此前，NASA 已利用哈勃與JWST觀測土星極光，同時也研究過木星的壯觀極光，確認(rèn)了天王星的極光存在，并由JWST首次探測到海王星的極光。

在環(huán)系統(tǒng)方面，土星環(huán)主要由高反射率的水冰構(gòu)成，因此在紅外波段下顯得異常明亮，同時還會在行星表面投下陰影，反映其與太陽之間的幾何關(guān)系。

進(jìn)一步觀測表明，土星環(huán)內(nèi)部包含多種精細(xì)結(jié)構(gòu)，例如：

• 輻射狀條紋（spokes）

• 最厚的中央?yún)^(qū)域 B 環(huán)

• 位于外側(cè)的 F 環(huán)

由于不同波段對物質(zhì)與結(jié)構(gòu)的敏感性不同，這些結(jié)構(gòu)在不同觀測中呈現(xiàn)出差異化特征，使科學(xué)家能夠從多個角度理解土星環(huán)的組成及其動態(tài)變化。

圖示為詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡（左）與哈勃太空望遠(yuǎn)鏡（右）對土星的對比影像，分別對應(yīng)近紅外與可見光觀測。

哈勃突出了土星云帶的細(xì)節(jié)與顏色變化；詹姆斯·韋布則通過紅外觀測不同高度的大氣層，清晰呈現(xiàn)風(fēng)暴、波動以及明亮的環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中還可見2010至2012年“春季大風(fēng)暴”的殘留特征。

圖中同時標(biāo)注了多顆土星衛(wèi)星，包括：

• 土衛(wèi)十（Janus）

• 土衛(wèi)四（Dione）

• 土衛(wèi)二（Enceladus）

• 土衛(wèi)一（Mimas）

• 土衛(wèi)十一（Epimetheus）

兩張影像分別拍攝于2024年8月與11月，并采用不同濾鏡組合呈現(xiàn)近紅外與可見光信息。

土星季節(jié)變化的長期記錄

土星圍繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道，以及地球在公轉(zhuǎn)過程中的位置變化，會不斷改變我們觀測土星本體與環(huán)系統(tǒng)的角度。

這組間隔14周的2024年觀測數(shù)據(jù)，記錄了土星從北半球夏季逐步過渡到2025年分點(diǎn)的過程。

未來，隨著土星進(jìn)入南半球春季，并在2030年代邁入南半球夏季，南半球的觀測條件將持續(xù)改善。

哈勃數(shù)十年的長期監(jiān)測，已經(jīng)建立了土星大氣演化的完整記錄，使科學(xué)家能夠追蹤風(fēng)暴、帶狀結(jié)構(gòu)及季節(jié)變化；而韋布的紅外能力，則進(jìn)一步拓展了對大氣結(jié)構(gòu)與動力過程的觀測范圍。

這使我們能夠從多個維度，逐步看清土星的整體結(jié)構(gòu)與運(yùn)行機(jī)制。