數十年來，土星一直在科學家面前展現出一種奇怪的現象。根據不同的測量方式，這顆巨行星似乎以不同的速度自轉，這在物理學上是不可思議的，因為一個固體物體不應該會出現這種情況。這種令人費解的不一致挑戰了行星物理學，也讓科學家對如何解讀來自遙遠星球的信號產生了疑問。如今，通過詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）的強大能力，一項新研究揭示了這種錯覺背後的真正原因，原來是由土星自身的極光驅動的自我維持循環。
研究的主要作者、諾桑比亞大學教授 Tom Stallard 表示：「我們已經知道土星的自轉速率出現了奇怪的變化，但我們無法解釋這一現象。我們最初認為這是由大氣中的風驅動，但仍然不知道為何這些風會存在。這些新觀測結果讓我們終於找到了關閉這一循環所需的證據。」
這一謎團可追溯至 NASA 的卡西尼號在 2004 年的觀測，該觀測顯示土星的自轉速率隨時間改變。這並不合常理，因為行星不會在沒有外力的情況下隨意加速或減速。數年後，科學家提出，測量自轉的信號其實並非來自行星的核心，而是來自它的上層大氣。土星上方的風產生了電流，形成了誤導性的極光信號，模擬了自轉的變化。然而，這一解釋又引出了另一個問題——究竟是什麼驅動了這些強大的風？
為了找出答案，研究人員轉向了詹姆斯·韋伯太空望遠鏡，這是有史以來最先進的天文觀測設備。他們專注於土星的北極光，這是土星版的北極光，並持續觀測了整整一個土星日（約 10 小時 33 分鐘）。這一觀測使他們能夠捕捉到極光區域的詳細、時間解析變化。
他們突破的關鍵在於一種名為三氫陽離子（H₃⁺）的分子。這種分子在紅外光下發光，並充當上層大氣的天然溫度計。通過追蹤其發光，科學家們繪製了土星兩極的溫度和粒子密度高解析度地圖。早期的測量存在巨大的不確定性（約 50°C 的誤差），幾乎無法檢測出微妙的模式。然而，韋伯的數據準確度提高了約十倍，首次揭示了加熱和冷卻的精細結構。
結果令人驚訝，最熱的區域恰好與極光能量進入大氣的地方對應。Stallard 補充道：「我們所看到的實際上是一個行星熱泵。土星的極光加熱了它的氛圍，這些氛圍驅動了風，風又產生了電流，這些電流又為極光提供能量，這樣循環不息。」
這一發現不僅僅是解釋土星的自轉，也揭示了行星大氣與磁氣圈之間的深層雙向聯繫。能量並不僅僅從太空流向大氣，反之，大氣本身也有助於控制行星周圍空間的情況。這一見解可能會改變科學家對我們太陽系及其他系外行星上氣體巨行星信號的解讀方式，甚至可能影響研究者對類似極光過程的研究，這可能會影響大氣行為。
Stallard 說：「這一結果改變了我們對行星大氣的普遍看法。如果一個行星的大氣條件能夠將電流驅動至周圍的太空環境，那麼了解其他世界的平流層中發生的情況可能會揭示出我們尚未想象的相互作用。」這項研究發表在《JGR Space Physics》期刊上。
