港大研究揭示土星极尖区呈偏侧分布 反映其磁场结构有别于地球

香港大学（港大）地球与行星科学系尧中华教授领导的一项最新研究发现，土星的极尖区表现与地球显著不同，并非在两极形成对称的环状结构，而是呈现不均匀、偏向一侧的分布。研究团队透过分析美国太空总署卡西尼-惠更斯号（Cassini）任务的历史数据，指出土星的快速自转会从根本上重塑其磁场环境，导致磁场结构，即「磁气泡」出现偏移。

与地球一样，土星周围被磁层包围，形成一道抵御太阳风的磁场「屏障」。然而，在两极附近，称为「磁层极尖区」（cusps）的漏斗状开口会让带电粒子沿磁场线泄漏到大气层中，从而产生极光。整体而言，这些由磁场主导粒子进入的区域可视为一种「磁气泡」结构。

在地球上，这些粒子入口通常面向太阳的极尖区、对齐正午时分，因此相关磁场结构大致呈现对称的环状分布于两极；而在土星上，情况则大为不同。这些粒子进入区域明显向午后方向偏移，最常出现在下午一时至三时之间，甚至可延伸至傍晚。结果，极尖区不再集中于极区中心，而是偏向一侧，呈现不对称的形态。

这种差异与土星的高速自转密切相关。土星自转一周仅约十小时，快速旋转会改变其磁场结构，将粒子进入区域从面向太阳的位置移开。研究显示，对于像土星这样的巨行星而言，自转以及其卫星释放的带电粒子，可能比太阳风在塑造磁场环境方面扮演更重要的角色。

透过确定带电粒子进入行星磁场的位置，科学家可以更深入了解能量如何传输至行星大气，从而改进行星磁场与太空天气的模型，并评估不同行星保护其大气层的能力。

尧中华教授表示：「这项关于『午后偏移型磁层极尖区』的发现，证实巨行星的磁层运作机制与地球不同，亦将改变我们对高能粒子如何获得能量并在太阳系中加速传播的理解。」

本研究采用卡西尼-惠更斯号探测器于2004年至2017年间绕行土星期间所收集的数据，并重点分析至2010年的观测资料。研究团队共识别出67次带电粒子进入土星磁场的事件，并首次成功绘制相关区域的分布图。论文第一作者为深圳南方科技大学许严博士，他曾为尧中华教授于港大的博士后研究员。

相关研究成果已发表于《自然通讯（Nature Communications）》，详情请参阅以下论文： Dawn–Dusk Asymmetrical Distribution of Saturn’s Cusp

本新闻稿内容以英文版本为准。

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