天文学者は、土星の上層大気に水があったことを何年も前から知っていましたが、それがどこから来たのか正確にはわかりませんでした。新しい観測により、土星では水が雨で降っていて、それは惑星の輪から来ています。
「土星は、その大気と環系の間の重要な相互作用を示した最初の惑星です」とレスター大学の大学院研究者であり、ジャーナルNatureで発行された新しい論文の著者であるJames O’Donoghueは言いました。 「リングレインの主な効果は、土星の電離層を「消滅」させ、落下する地域の電子密度を大幅に低下させることです。」
ケック天文台を使用して、オドノヒューと研究者のチームは、惑星のリングから土星の大気中に落下する帯電した水粒子を発見しました。彼らはまた、以前考えられていたよりも、リングレインの範囲がはるかに大きく、惑星のより広い領域にまたがっていることを発見しました。仕事は雨が土星の上層大気の部分の構成と温度構造に影響を与えることを明らかにします。
O’Donoghue氏は、何十年にもわたって観測が電子密度が土星のいくつかの緯度で異常に低いことを示してきた理由を説明するため、電子密度に対するリングの影響は重要であると述べました。
「土星の電離層環境と惑星の広大な範囲にわたる気候の主要な推進力は、120,000マイル[200,000キロメートル]頭上に位置する環状粒子であることがわかります」と、Jet Propulsion Laboratoryの論文の共著者であるKevin Bainesは述べました。 「リング粒子は、大気温度のこの部分にある粒子の種類に影響を与えます。」
1980年代初頭、NASAのボイジャー宇宙船からの画像は土星に2つから3つの暗いバンドを示し、科学者たちは水がリングからそれらのバンドに降り注いでいる可能性があると理論化しました。その後、ESAの赤外線天文台を使用している天文学者は、1997年に土星の大気中に微量の水の存在を発見しましたが、なぜそこにあるのか、どうやってそこに到達したのかについての説明は本当に見つかりませんでした。
その後、2011年にハーシェル宇宙観測所での観測により、エンケラドスの間欠泉からの氷が土星の周囲に巨大な水蒸気の輪を形成したことが判明しました。
しかし、ボイジャーによって見られたバンドは2011年まで再び見られませんでした、チームがケック天文台のNIRSPECで惑星を観察したとき、広い波長範囲と高いスペクトル解像度を組み合わせた近赤外線分光器で、観測者は土星の明るい部分。
リングレインの影響は、土星の電離層（地球にも電離層があります）で発生します。そこでは、中性の大気がエネルギー粒子または太陽放射の流れにさらされると、荷電粒子が生成されます。科学者は、（通常の2つではなく）3つの水素原子で構成される特定の水素分子の放出パターンを追跡したところ、惑星全体に均一な赤外線の輝きが見られると期待していました。
彼らが代わりに観察したのは、惑星の輪を模倣したパターンを持つ一連の明るいバンドと暗いバンドでした。土星の磁場は、水が豊富なリングとリング間の水のないギャップを惑星の大気に「マッピング」します。
彼らは、惑星の環からの帯電した水粒子が土星の磁場によって惑星に引き寄せられ、輝く三原子水素イオンを中和していると推測しました。これにより、惑星全体の赤外線の輝きになるはずの場所に大きな「影」が残ります。これらの影は、惑星の上部大気表面の約25〜55度の緯度から30〜43パーセントを覆っています。これは、Voyager画像で示されているよりもかなり広い領域です。
地球と木星の両方に非常に均一に光る赤道領域があります。科学者たちは土星でもこのパターンを期待していましたが、代わりに、異なる緯度で劇的な違いを見ました。
「木星が赤道域全体に均一に輝いている場所では、土星には水が落ちている暗い帯があり、電離層が暗くなっています」と、レスターの論文の共著者の1人であるトムスタラードは述べました。 「私たちは現在、NASAのカッシーニ宇宙船の計器を使用して、これらの機能を調査することも試みています。成功した場合、カッシーニは、高度の変化や時刻に伴う影響など、イオン化された粒子を水が除去している方法をより詳細に表示できるようにする可能性があります。」
ソース：ケック天文台
、自然。
