作者：石兰（抄袭必究）

当我们抬头望向远处的星空，土星就是那颗肉眼可见、且与地球距离最遥远的行星。我们只需要等待时间的推进、并观察这个世界的变化，便能清晰的知道地球的自转和公转时间，并将其运用于我们日常的工作和生活当中。但对于许多其他星球的旋转周期而言，迄今为止都还是有一个存有争议的复杂问题。比如，像土星这种类型的行星，由于没有可跟踪的表面特征，无法实现通过云层观察到气体巨行星上的稳定地标，因而让测量难度提升，科学家们更为此而花费了数十年的时间。旋转周期不仅可以描述行星的基本属性、解释某些行为，还能提供许多关于其形成的重要线索，那么，为何测量它的旋转周期会如此困难，土星上的一天到底有多长时间？

为何难以对土星的旋转周期进行测量

对于不同类型的星球而言，测量其旋转周期的难易程度完全不同，比如，当我们要对岩石行星进行一天的时间长度测量时，只需要确定一个作为参考的点，然后观察其旋转出视图所花费的时间，以及再次返回视图即可；又或者，我们可以通过该行星磁场的倾斜，来测量其一天的时间长度。由于土星的旋转轴几乎和自己的磁场完全对齐，因此，这两种方式都不适用于土星旋转周期的测量。

我们很清楚应该如何测量像地球这样的行星的旋转周期，但土星是一颗具有多层次、甚至可能拥有岩石核心的巨型气体星球。核心的周围被冰、金属氢，以及氦环绕，液态氢气所在的区域又包围着“氦雨”，而科学家们正在测量的土星旋转周期，其测量的目标对象实际上是高层大气。或许你有所不知，土星的高层大气由三部分构成，它们分别是最下方的水蒸气云、中间位置的硫氢化铵，以及最顶部的氨气云，并且，它也是这个星球上唯一能够进行实际测量的部分。

土星的旋转周期值为何会发生变化

当旅行者对土星的无线电波和磁场的变化规律进行测量时，其周期被认定为10小时40分钟；而当卡西尼号对土星进行相关观测后，所得出的旋转周期被延长了10分钟，并在之后的13年时间中发生了一些细微的变化；而一些其他数据则显示了，土星的南半球和北半球缓慢的变化周期其实并不同步。科学家们将土星拥有的多个可变周期性质称为：热空气-电离层-磁层耦合的双飞轮模型（Jovian飞轮模型）。虽然，我们很难从地球上测量出土星旋转一次所需要耗费的时间长度，但在那些现存的诸多问题之中，固定于行星核心的磁场的旋转周期是关键。Jovian模型的开发，实际上就是为了解释在木星磁层中所观察到的旋转滞后现象、为什么会呈现出如此明显的稳定性。

通过该研究，科学家们得出了一个关键结论：滞后的发生是因为在中性大气层内存在滑动现象，而其中的一部分则是由于磁层和热层之间的滑动所导致。与此同时，存在于大气中的“中性风廓线”响应速度比较缓慢，因而在这些变化中扮演着“机械飞轮”般的作用，可以通过数月的时间就抑制住这些变化。为了让实验更加严谨，科学家们便利用了北半球和南半球的不同，以充分适应土星的该模型。当这样的状态比较稳定的时候，两个中性热气球表现出了不一样的旋转速率，并随着太阳照射的极点而发生季节的缓慢变化。

土星的季节变化和旋转周期的确定

为何土星的旋转周期可以在如此短的时间内，就出现了往往需要数亿年才会发生的改变？众所周知，土星具有27度左右的轴向倾斜度，这与我们地球的倾斜度23度比较接近，也就是说，当土星的南半球和北半球围绕太阳进行公转运动的时候，它们所获取到的能量会存在较大差异。而土星大气层的外缘，刚好就是一个等离子区域，当紫外线能量处于变化的状态，那么也会对与之发生相互作用的等离子带来影响，并在外层大气和等离子体的交叉位置产生大小不等的阻力。

对于大气旋转而言，阻力是其中很大的一个决定性因素，所以我们收集到的无线电波发射，呈现出了随着观察季节的不同而有所变化的情况。科学家们认为，当带电粒子在土星的磁层穿过时，它的旋转速度被改变，因而导致了大气层中电磁应力的产生，以至于那些海拔较高的地区，出现了更加缓慢的旋转速度。而夏季的半球则能更好的导电，因为有更多的紫外线会在此聚集。

随着季节的变化，旋转周期也在南北半球之间交换，就像我们目前所观察到的这样。简而言之，土星的旋转速度，因为受到等离子体的阻力而减缓，于是我们观察到了无线电发出的旋转周期信号。但随着土星的季节发生变化，这些等离子体产生的阻力发生变化，并导致了无线电发射与之前不同。由于土星没有固定的表面特征，科学家们需要通过无线电发射来测量土星的旋转周期，因此才会出现数据不一致的情况，当然，这样的测量方式仅适用于土星的表层。