今年四月，美国宇航局将卡西尼号探测器送入了一个轨道，使其穿过土星最内侧的环（D环）与这颗气态巨行星之间的一个狭窄缝隙。在接下来的几个月里，卡西尼号近距离掠过这颗环状行星的上层大气近二十次。
在其中 11 个轨道期间，卡西尼号的无线电和等离子体波科学（RPWS）仪器对土星电离层进行了前所未有的测量。电离层是环绕行星的一层带电粒子，可以保护它免受入射太阳辐射和宇宙射线的侵害。
在昨天发表于《科学》杂志上的一项研究中，研究人员利用卡西尼号的 RPWS 数据表明，土星的电离层寒冷、紧凑且充满活力，其密度变化可达 100 倍。此外，研究人员发现，土星巨大而不透明的环会在行星上投下改变电离层的阴影，甚至可能产生“环雨”。
当卡西尼号穿过土星最大最亮的环（A环和B环）的阴影时，它测量到存在的电离等离子体数量急剧下降，这意味着在阴影区域，电离层变弱了。虽然有趣，但这并不完全令人意外。电离层是由太阳紫外线从行星上层大气中的原子中剥离带电粒子而产生的；因此，当环阻挡入射阳光时，土星的电离层变弱是合乎逻辑的。
然而，研究小组发现，即使行星的环遮蔽了土星的电离层，等离子体中仍然存在可测量的活动。这表明阳光并非影响土星电离层的唯一因素。尽管研究人员不确定是什么原因导致了这种现象，但他们推测土星最内侧的 D 环可能正在产生“环雨”——即土星环中嵌入的带电水粒子迁移到电离层，使等离子体保持轻微活跃。
“这就像 D 环中的小冰粒从电离层吸取电子，”Jan-Erik Wahlund 在一份新闻稿中说道。“由于耦合作用，通过土星磁场进出环的气体电流导致了密度的最大变化。”
鉴于研究人员的发现仅基于卡西尼号在大结局轨道期间收集的数据的一半，可以肯定地说，还有很多东西有待发现。
“这可以看作是卡西尼号未来将带来的发现的序曲，”西南研究所行星质谱学主任 Hunter Waite 在一份新闻稿中说道。“土星的电离层比任何人想象的都要复杂得多。”
