美国宇航局的韦伯望远镜将调查土星和泰坦

如果你在人行道上阻止一个随机的人并问他们最喜欢的星球是什么，那么他们的答案很可能就是土星。在任何后院望远镜中，土星令人惊叹的戒指都是令人难忘的景象。但是关于土星还有很多值得学习的地方，特别是关于这个星球独特的天气和化学特征，以及它丰富的环状系统的起源。在2021年发射后，美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜将观测土星，它的环和卫星系列，作为综合太阳系计划的一部分。

这项研究将通过由Heidi Hammel领导的保证时间观察计划进行，Heidi Hammel是行星天文学家，也是华盛顿天文学研究大学协会(AURA)的执行副总裁.Hammel被NASA选为Webb跨学科科学家在2002年。

“该计划的目的是展示韦伯对太阳系观测的能力，包括观测明亮物体，追踪移动物体，以及发现明亮目标旁边的微弱目标，”Hammel解释说。“这些数据将尽快提供给太阳能系统社区，向他们展示Webb可以做到我们承诺的那些。”

韦伯将在美国宇航局的卡西尼号太空船离开的地方上空。卡西尼号绕土星飞行了13年，从2004年开始直到2017年飞船坠入土星大气层时结束。从那时起，像哈勃太空望远镜的外行星大气遗产计划和地面测量等计划一直是监测土星的唯一方法。

土星的季节

土星像它的地球一样在它的轴上倾斜，因此，它在绕太阳运行时也经历了季节。然而，由于土星年长达30个地球年，每个季节持续约7-1 / 2年。卡西尼号是在南半球的夏季(北半球的冬天)抵达的。现在是北半球的夏天。天文学家渴望寻找土星大气层的季节变化。

莱斯特大学的Leigh Fletcher说：“这些观察结果将为我们提供一个完整的土星系统分析，以了解发生了什么变化，看看自卡西尼最后一次瞥见后的季节如何演变，以及利用卡斯尼从未做过的能力。”英格兰，该计划的首席研究员。

2010年末，土星北半球爆发了一场怪物风暴。它始于一个小点，但发展迅速，直到2011年1月底它围绕着这个星球。天文学家感到惊讶，因为这种风暴通常直到2017年夏至之后才形成。他们将观察更多的风暴，因为在韦伯的任务过程中土星的北半球从夏季移动到秋季。

风暴不是土星和地球共有的唯一大气现象。土星也经历极光，或北极光和南极光。这些极光触发了土星大气中的化学变化，分解了一些分子，并允许新的分子形成。韦伯将寻找在中红外波长发光的特殊化学物质的特征，特别是在北极地区。

泰坦，土星最大的月亮

土星最大的卫星土卫六也将落入韦伯强大的目光之下。泰坦是独一无二的，因为它是我们太阳系中唯一拥有大量气氛的卫星。事实上，它比水星更大。土卫六上的大气压力比地球大约高50%。像地球一样，大气层主要是氮气，但泰坦也有甲烷等气态碳氢化合物。土卫六也比地球更冷，表面温度在零下290华氏度(零下180摄氏度)左右。

在泰坦的大气层中，化学反应不断搅动其成分。分子被分解成它们的成分，如碳，氢，氧和氮。这些原子形成新的分子，它们在空气中渗透并沉淀在当前正在经历冬季的任何一个极点上。

“土卫六的气氛就像一个大化学实验室，”美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的康纳尔尼克森说，他是该项目的首席研究员。尼克松和他的同事将使用韦伯的近红外光谱仪(NIRSpec)和中红外成像仪(MIRI)来研究这些分子，这些分子比卡西尼的仪器允许的更详细。

泰坦也是我们太阳系中除地球外唯一的物体，其表面有液态海洋和湖泊。虽然地球有一个水循环，其中水蒸发，下降为雨，并流入河流到海洋，泰坦经历了与甲烷类似的循环。在土卫六上，甲烷雨通过坚硬的水冰雕刻河床，然后流入柏油海。2004年登陆泰坦的欧洲航天局的卡西尼及其惠更斯探测器对这个土星卫星进行了卓越的发现。韦伯将研究泰坦的季节性气候周期，将其与天文学家的模型进行比较。

“泰坦有云的天气，我们可以看到实时变化的，它的化学性质是距离地球有很大不同，但它仍然是有机，碳基化学品，” NASA戈达德，在程序的合作研究者的孙燕姿米拉姆说。

虽然Webb在发布后的任务寿命设计为至少5-1 / 2年，但可能持续10年或更长时间。结果，它可以看到土星从北方的夏季到秋分，再回到南方的春天。当卡西尼号在南方夏季抵达时，这几乎将“完成圆圈”。

“我们将真正覆盖整个土星年。这将是一次令人大开眼界的经历，”弗莱彻说。