一位研究人员利用卡西尼号宇宙飞船的数据，创新地测量了土星环的光学深度，为土星环的透明度和结构提供了新的见解。(美国宇航局卡西尼号宇宙飞船在土星轨道上的插图。)来源:美国国家航空航天局/姓名
兰开斯特大学的一名博士生用一种新方法测量了土星环的光学深度，该方法基于卡西尼号飞船在土星环阴影下到达的阳光量。
光学深度与物体的透明度有关，它显示了光在被吸收或散射之前可以穿过物体的距离。
这项研究由兰开斯特大学和瑞典空间物理研究所联合领导，最近发表在《皇家天文学会月报》上。
美国宇航局和欧洲航天局的卡西尼号宇宙飞船于1997年发射，并于2004年抵达土星，对这颗行星及其卫星进行了迄今为止最广泛的调查。该任务于2017年结束，卡西尼号在土星和土星环之间潜水22次后坠入土星大气层。
卡西尼号飞船穿过土星环系统平面的视频，由George Xystouris用NASA的眼睛拍摄。来源:美国航天局/喷气推进实验室
兰开斯特大学的博士生George Xystouris在Chris Arridge博士的指导下，分析了卡西尼号上的Langmuir探测器的历史数据，这是一种测量土星磁层中的冷等离子体(即低能离子和电子)的仪器。
在他们的研究中，他们把重点放在了太空船的日食上:卡西尼号处于土星或主环阴影下的时期。在每次日食期间，朗缪尔探测器记录下了数据的巨大变化。
乔治说:“由于探针是金属的，每当它被阳光照射时，阳光就能给探针提供足够的能量来释放电子。这就是光电效应，被释放的电子就是所谓的“光电子”。但它们也会产生问题，因为它们与土星周围冷等离子体中的电子具有相同的特性，并且没有一种简单的方法将两者分开。”
“关注数据变化，我们意识到它们与每个环允许通过的阳光量有关。最后，利用制造朗缪尔探测器的材料的特性，以及太阳在土星附近的亮度，我们成功地计算出了每个环的光电子数的变化，并计算出了土星环的光学深度。
“这是一个新奇而令人兴奋的结果!”我们使用了一种主要用于等离子体测量的仪器来测量行星特征，这是朗缪尔探测器的独特用途，我们的结果与使用高分辨率成像仪测量光环透明度的研究结果一致。”
Τhe主环，从地球延伸到14万公里(9万英里)，但最大厚度只有1公里(0.6英里)，到2025年将从地球上消失。到那一年，土星环将倾斜到地球的边缘，几乎不可能看到它们。它们将在土星29年轨道的下一阶段向地球倾斜，并将继续变得更加可见和明亮，直到2032年。
皇家天文学会主席迈克·埃德蒙兹教授补充说:“看到一个研究生以一种不寻常的、创造性的方式使用太空探测仪器，总是很好。这种创新正是天文学研究所需要的，也是许多从事各种职业的以前的学生正在应用的方法，以帮助解决世界上的问题。”
参考文献:《使用卡西尼·朗缪尔探测器估算土星主环的光学深度》，作者:Georgios Xystouris、Christopher S Arridge、Michiko M Morooka和Jan-Erik Wahlund, 2023年9月18日，《皇家天文学会月刊》。DOI: 10.1093 / mnras / stad2793
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