论文中揭示了从JWST观察到的非对称温度结构。这些风与洋流进出行星的方向相偏移，但最终，正是这种温度偏移产生的风推动了这些洋流。图片/影片 NASA/ESA/CSA、Tom Stallard（诺森比亚大学）、Melina Thévenot、Macarena Garcia Marin（STScI/ESA）
北英格兰大学研究团队借助詹姆斯·韦伯太空望远镜揭示土星极光自我维持的热力循环
一项新研究首次绘制土星极光区高分辨率温度与粒子密度图谱，证明其极光系统由自身产生的风-电流-极光循环驱动。
北英格兰大学（Northumbria University）科研团队利用迄今为止最强大的空间望远镜——詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope, JWST），首次揭开了土星极光系统的“自我维持”机制，并解答了历时多年的天体物理难题：土星的旋转速率为何会随测量方式而出现差异？该研究2026年已发表于《地球物理研究杂志：空间物理》（Journal of Geophysical Research: Space Physics）。
1. 先前的谜团2004 年，NASA 的卡西尼号航天器测量显示土星的自转速率似乎在缓慢变化——这在物理上是不可能的，因为行星不可能随意加速或减速其自转。
2021 年，北英格兰大学天体物理学教授 Tom Stallard 等人指出，真正导致这种“变化”的是土星上层大气的风速变化，它们产生电流并误导了极光信号的解读。
2. JWST 的突破Stallard 教授及其团队使用 JWST 连续观测了土星北极极光区完整的一天（相当于土星自转周期），利用三氢离子（Trihydrogen Cation）在土星高空中的红外光辐射，生成了首批高分辨率温度与粒子密度地图。
精度提升：新数据的误差仅为 5°C，远低于以往约 50°C 的水平，准确度提升了十倍。
细节揭示：图像显示温度与密度的明显不对称性，正是驱动大气风暴的根源。
3. 关键发现研究表明，温度与密度的模式与十年前的计算机模型预测高度吻合——但前提是热源必须位于极光辐射进入大气的准确位置。
这意味着：
极光本身在特定区域加热大气；
由此产生的温度梯度驱动风；
风产生的电流又强化极光，形成闭环。
Stallard 教授形象地将其比作“行星热泵”：
“我们看到的其实就是一个行星热泵。土星的极光加热其大气，大气驱动风，风产生电流供给极光，循环往复，系统自我维持。”
4. 对行星大气与磁层相互作用的启示团队进一步指出，土星大气的变化直接影响其磁层——即被行星磁场塑造的巨大空间区域。两者之间的双向耦合是极光现象长期稳定的关键。
Stallard 还强调：
“这一结果改变了我们对行星大气的整体认识。若行星的大气条件能在外部空间产生电流，理解其他星球平流层的相互作用将揭示我们尚未想象的现象。”
5. 研究团队与支持研究机构：北英格兰大学；波士顿大学；莱斯特大学；艾伯里斯维斯大学；雷丁大学；伦敦帝国理工学院；兰开斯特大学；约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室。
资助机构：科学与技术设施委员会（STFC）。
技术平台：詹姆斯·韦伯太空望远镜，由 NASA、欧洲空间局（ESA）与加拿大太空局（CSA）共同领导的国际项目。
6. 结语这项研究不仅首次绘制了土星极光区温度与粒子密度的高分辨率地图，更通过实证证明了极光系统自维持的闭环机制，为研究其他气体巨行星及其磁层与大气的相互作用提供了重要参考。随着 JWST 继续深入观测，未来有望进一步揭示行星极光与大气动力学之间更为细致的联系。
勇编撰自论文"JWST/NIRSpec Reveals the Atmospheric Driver of Saturn's Variable Magnetospheric Rotation Rate".Journal of Geophysical Research: Space Physics.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。