土星磁層大揭秘！港大研究發現土星磁層極尖區不對稱 原因竟是自轉太快？

香港文匯報訊（記者 莫楠）太空探索是人類擴闊知識邊界、尋找文明出路的重要火種。香港大學地球與行星科學系教授堯中華帶領團隊，聚焦土星兩極附近的「磁層極尖區」（cusps），追溯其運作機制，並與地球作對照。團隊透過分析美國太空總署「卡西尼—惠更斯號」（Cassini）任務的歷史數據發現，土星極尖區的表現與地球顯著不同：其兩極並不形成對稱的環狀結構。相反，土星的快速自轉從根本上重塑磁場環境，令磁場結構出現偏移，呈現不均勻且明顯向一側傾斜的分佈。這個發現可幫助科學家理解和評估不同行星保護其大氣層的能力。

與地球相似，土星周圍同樣被磁層包圍，形成抵禦太陽風的磁場「屏障」。然而在兩極附近，漏斗狀的極尖區為磁層中的帶電粒子提供「入口」，粒子可沿磁力線滲入大氣，進而觸發極光。整體而言，這些受磁場主導、讓粒子進入的區域可理解為一種「磁氣泡」結構。在地球上，粒子入口多位於面向太陽的極尖區，通常對齊正午方向，因此相關磁場結構大致呈兩極對稱、環狀分佈的特徵。

但在土星，情況卻大相逕庭。研究顯示，帶電粒子的進入區域明顯向午後方向偏移，最常出現在下午一時至三時之間，甚至可延伸至傍晚，極尖區會偏向一側呈現不對稱形態，團隊指出這與土星高速自轉密切相關。土星自轉一周僅約十小時，快速旋轉可改變其磁場結構，令粒子進入區域從面向太陽的位置「移開」，對土星這類巨行星而言，自轉效應以及其衛星所釋放的帶電粒子，或許比太陽風在塑造磁場環境方面扮演更關鍵的角色。

研究團隊共識別出67次帶電粒子進入土星磁場的事件，並首次成功繪製相關區域的分佈圖。團隊表示透過鎖定粒子進入行星磁場的具體位置，科學家可更深入理解能量如何輸送至行星大氣，進而改進行星磁場與太空天氣模型，並評估不同行星保護其大氣層的能力。

堯中華表示，研究結果證實巨行星磁層的運作機制與地球存在本質差異，亦將改寫我們對高能粒子如何獲取能量、並在太陽系中加速與傳播的理解。

是次論文第一作者為深圳南方科技大學許嚴，曾於香港大學擔任堯中華的博士後研究員。