作者：一毫秒的永恒

美国国家航空航天局的卡西尼号飞船拍摄的照片显示，2016年土星的北半球正接近夏至。土星上的一年是29个地球年;根据对“卡西尼”号数据的最新分析，一天的时间只有10:33:38

  利用来自美国宇航局卡西尼号宇宙飞船的新数据，研究人员相信他们已经解开了太阳系科学中一个长期存在的谜团：土星上一天的长度，那就是10 小时33 分38 秒。而为了获得这一数字，几十年来行星科学家一直在做努力尝试，因为这个气态巨行星在旋转过程中没有固定的表面可以追踪，而且它有一个不寻常的磁场，掩盖了行星的自转速度。

  但其实，答案就隐藏在土星环里。

  在卡西尼号的土星轨道上，仪器以前所未有的细致程度检查了冰冷的岩石环。克里斯托弗·曼科维奇(ChristopherMankovich) 是加州大学圣克鲁斯分校天文学与天体物理学专业的研究生，他利用这些数据研究了土星环内的波动模式。他的工作确定了土星环会对行星自身振动做出反应，类似于用来测量地震震动强度的地震仪。土星内部的振动会使其内部质量分布发生极其微小的周期性变化，从而引起周围引力场的波动。而这些土星环，反过来也会受土星磁场的影响。曼科维奇表示整个环中的粒子都会在重力场中感受到这些振荡。在环中的特定位置，这些振荡会在合适的时间影响环中的粒子，使其在轨道上逐渐积累能量，而能量则以可观测的波的形式被带走。

  曼科维奇的研究发表在 2019 年 1 月 17 日的《天体物理学杂志》上，论文详细描述了他是如何开发出与土星环波相匹配的内部结构模型，从而得以追踪行星内部的运动，最终确定其自转周期的。分析得出的旋转速度为 10 小时 33 分 38 秒，这比 1981 年旅行者号飞船通过无线电信号测得的估值快了几分钟。

  旅行者号数据的分析，估计是 10 小时 39 分 23 秒，是基于磁场数据得出的。卡西尼号也使用了磁场数据，但早期的估计范围从 10 小时 36 分一直到 10 小时 48 分。

  科学家通常依靠磁场来测量行星的旋转速率。木星的磁轴和地球的磁轴一样，并没有和它的旋转轴对齐。因此，当行星旋转时，磁场轴会摆动，使科学家能够测量无线电波中的周期性信号来获得旋转速率。然而，土星是不同的。它独特的磁场轴几乎与旋转轴完全一致。这就是为什么土星环的研究对于确定一天的长度至关重要。研究土星的科学家们对此感到非常高兴，他们终于对这个行星的核心问题得到了迄今为止最好的答案。研究人员利用土星环中的波来观察土星内部，并将这颗长期以来一直在寻找的基本特征突显出来。卡西尼项目科学家琳达·斯皮尔克(Linda Spilker) 说：“这是一个非常可靠的结果，土星环掌握着答案。”其实，早在精准的观测成为可能之前，在1982 年就有人首次提出土星环可以用来研究这颗行星的地震学。

  合著者马克·马利(MarkMarley) 现在在加州硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心工作，他随后在1990 年详细阐述了他的博士论文的想法。在展示计算方法的同时，他还预测了土星环的位置。他还指出，卡西尼号的任务，在计划阶段能够进行所需的观察，以检验这一想法。加州大学圣克鲁兹分校天文学和天体物理学教授，同时也是卡西尼号团队的成员乔纳森·福特尼(Jonathan Fortney) 说：“20 年后，在卡西尼号任务的最后几年，科学家们分析了任务数据，在马克预测的位置发现了环形特征，目前的这项工作旨在充分利用这些观察结果。”

  卡西尼号的任务于 2017 年 9 月结束，当时由于燃料不足，任务小组故意将飞船投入土星的大气层，以避免飞船撞向土星的卫星。该任务是NASA、欧洲航天局(ESA) 和意大利航天局的合作项目，NASA 的喷气推进实验室(JPL) 负责为位于华盛顿的NASA 科学任务理事会管理这一任务。卡西尼号轨道飞行器由 JPL 设计、开发并组装，其中雷达仪器是由JPL、意大利航天局与来自美国和几个欧洲国家的团队成员共同合作开发的。