土星系统中的原子氢云

旅行者号飞掠观测揭示，土星磁层中存在一个非常宽阔的环形氢原子分布。最近的卡西尼号观测证实了地方时不对称性，但也显示氢云密度随距土星距离的减小而增加。原子氢云的起源一直存在争议。因此，我们考虑了所有可能的来源，对原子氢云进行了全局研究：1) 土星大气，2) 主环的 H2 大气，3) 恩克拉多斯 (Enceladus) 的 H2O 和 OH 环，4) 泰坦 (Titan) 的 H2 环，以及 5) 直接从泰坦逃逸的原子氢。我们表明，由电子撞击解离 H2 产生的热 H 与周围大气中的 H2 和 H 发生碰撞，改变了 H 的喷射速度和角度分布。这进而影响了逃逸氢的形态，正如电离层电子分布的形态所影响的那样。土星大气是一个重要来源，这一观点得到了以下事实的支持：H 云峰值位于环平面下方很远处，而这一特征迄今为止我们无法通过环 H2 大气的解离或其他提议的来源来重现。我们的模拟显示，直接从泰坦逃逸的 H 对外磁层有主要贡献。受太阳辐射压力和土星扁率塑造的泰坦 H 环形态，可以解释泰坦轨道附近的局部时不对称性。恩克拉多斯环中 H2O 和 OH 的解离在约 5 RS 以内有贡献，但泰坦 H2 环的解离由于释放了大量能量而没有贡献。关于卡西尼号在 5 RS 以内观测到的 H 总数：我们的建模结果表明，约 20% 来自恩克拉多斯环中的解离，约 10% 来自环 H2 大气的解离，约 50% 来自泰坦 H 环，这意味着约 20% 来自土星大气。