【天文物理】怎麼測量行星自轉？

林彥興

一顆星球的自轉週期有多快？
乍看之下，這個問題相當簡單。就在星球上找個特徵，看它多久會轉一圈，不就知道自轉週期是多久了？
是，但仔細想想，似乎並沒有這麼簡單。

找地表特徵這種方法，在擁有固態地表的類地行星固然好用，但是像木星這種氣體行星，不同緯度的雲帶運動的方向和速度都不太一樣，甚至行星內部不同深度的自轉速度也都會有所不同。這樣，要怎麼定義這顆行星的「自轉週期」呢？或者說，有甚麼東西「適合」拿來定義行星的自轉速度呢？

其中一個方法，是利用行星的磁場來定義自轉。因為一般認為行星的磁場源自行星的深處，會跟著行星的自轉一起旋轉，且應該不會輕易受到表層氣流等其他因素影響。所以長年以來大家看到木星、土星等氣態巨行星的自轉週期，都是航海家、卡西尼等探測器藉由測量它們的磁場而得。

但是多年來，更多的觀測顯示藉由磁場測出來的行星自轉週期是會改變的。比如 2002 年卡西尼太空船測量土星的自轉週期，就發現測量結果比 1980、1981 年兩艘航海家太空船的測的要慢了六分鐘，而改變的原因，被認為與土衛二噴出的帶電粒子拖慢了土星的磁場有關。

那麼，有沒有其他的方法可以用來測量氣體巨行星的自轉速度呢？
有的，Dr. Becky 這部影片中介紹的研究，就是利用所謂的「環震學 Ring Seismology」來測量土星的自轉週期。怎麼做到的呢？簡單的說，土星並不是個完美的球體，其內部總會有些區域密度高，有些地方密度低。這些密度的變化，隨著土星的自轉，就會讓土星環感受到週期性的重力強度變化，從而產生特定的圖案。天文學家就可以藉由觀測土星環上的這些圖案，去反推出土星的自轉週期（以及其他像是內部密度、分層等等的性質）。

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