和所有科学家一样，我喜欢一个好的谜团。有时，它们漫长、复杂、涉及微妙而困难的层次，需要巨大的努力去解开，这很有趣。有时，它们简单陈述且轻易解决，也很酷。比如问“土星高层大气中的水从哪里来？”然后发现答案是“它从卫星恩塞拉多斯降雨而至”。
过去曾在土星大气深处观测到水，但几年前，它也被发现在高层大气中存在，这有点奇怪；似乎没有办法将其从土星深处带到其云层顶部。那么它是怎么到那里的呢？嗯，发现微小的冰卫星恩塞拉多斯在其南极有喷泉，正积极地向太空喷出大量水。大部分水进入太空，永远消失。其中一些实际上形成了围绕土星的环，称为E环，还有一些无疑会撞击其他卫星。通常，当一颗卫星向太空喷射物质时（就像木星的卫星艾奥用其硫磺火山那样），这些物质会在行星周围形成一个巨大的甜甜圈状区域。人们认为恩塞拉多斯也在围绕土星的水做同样的事情，但即使是近在咫尺的卡西尼号探测器也无法探测到它。它很难采样。但是天文学家使用了赫歇尔空间望远镜，一个绕地球运行的红外天文台，来观测土星。他们在土星的红外光谱中发现了一个奇特的特征，并意识到这是来自恩塞拉多斯的水环。显然，恩塞拉多斯喷泉喷出的水中约有 3-5% 降落到土星上，其数量之多足以解释在环状行星高层大气中检测到水的存在。在科学上，能有信心地这样说很少见，但：谜团已解。
请注意，我不是土星专家，但我阅读了（PDF格式）发表的科学论文，看起来相当不错。他们发现每秒钟大约有 2.5 x 10^26 个水分子降落到土星上，这听起来很多，直到你记住分子是很小的。回忆我高中化学课的模糊记忆，我算出这相当于每秒约 7.5 公斤（约 17 磅）的雨水降落到这颗行星上*。这并不算多！土星是个大行星，这相当于每平方厘米每秒约 600,000 个分子降落。在地球上的暴雨中，每小时约有 1 英寸的水落下。这相当于每平方厘米地面每秒落下 0.0007 克的水，所以地球上的雨比土星上的大约重 42 万亿倍。我想如果你去土星，你不需要雨伞。当然，每当你解开一个谜团，另一个就会出现。众所周知，土星巨大的卫星泰坦的高层大气中也有水。据进行这些观测的天文学家称，他们的模型显示，恩塞拉多斯降落到泰坦上的雨水不足以解释那里看到的水量；他们需要 5-20 倍的水来解释泰坦的情况。所以显然那里一定有其他水源，无论是什么，它都不会到达土星，否则那里也会看到更多的水。会是什么呢？没人知道。我说过“谜团已解”吗？是的，说实话，在科学中你永远不能这么说。这就是它有趣的原因！图片来源：NASA/JPL/Space Science Institute
^* 一个摩尔有 6.02 x 10^23 个分子（来自阿伏伽德罗常数），水的摩尔质量为 18 克/摩尔。其余的只是乘除法。我将在本文的原始版本中注意到我使用了错误的阿伏伽德罗常数值，所以我只是修正了上面的数字。
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