如果你在人行道上阻止一個隨機的人并問他們最喜歡的星球是什么，那么他們的答案很可能就是土星。在任何后院望遠鏡中，土星令人驚嘆的戒指都是令人難忘的景象。但是關于土星還有很多值得學習的地方，特別是關于這個星球獨特的天氣和化學特征，以及它豐富的環狀系統的起源。在2021年發射后，美國宇航局的詹姆斯韋伯太空望遠鏡將觀測土星，它的環和衛星系列，作為綜合太陽系計劃的一部分。

這項研究將通過由Heidi Hammel領導的保證時間觀察計劃進行，Heidi Hammel是行星天文學家，也是華盛頓天文學研究大學協會(AURA)的執行副總裁.Hammel被NASA選為Webb跨學科科學家在2002年。

“該計劃的目的是展示韋伯對太陽系觀測的能力，包括觀測明亮物體，追蹤移動物體，以及發現明亮目標旁邊的微弱目標，”Hammel解釋說。“這些數據將盡快提供給太陽能系統社區，向他們展示Webb可以做到我們承諾的那些。”

韋伯將在美國宇航局的卡西尼號太空船離開的地方上空。卡西尼號繞土星飛行了13年，從2004年開始直到2017年飛船墜入土星大氣層時結束。從那時起，像哈勃太空望遠鏡的外行星大氣遺產計劃和地面測量等計劃一直是監測土星的唯一方法。

土星的季節

土星像它的地球一樣在它的軸上傾斜，因此，它在繞太陽運行時也經歷了季節。然而，由于土星年長達30個地球年，每個季節持續約7-1 / 2年。卡西尼號是在南半球的夏季(北半球的冬天)抵達的。現在是北半球的夏天。天文學家渴望尋找土星大氣層的季節變化。

萊斯特大學的Leigh Fletcher說：“這些觀察結果將為我們提供一個完整的土星系統分析，以了解發生了什么變化，看看自卡西尼最后一次瞥見后的季節如何演變，以及利用卡斯尼從未做過的能力。”英格蘭，該計劃的首席研究員。

2010年末，土星北半球爆發了一場怪物風暴。它始于一個小點，但發展迅速，直到2011年1月底它圍繞著這個星球。天文學家感到驚訝，因為這種風暴通常直到2017年夏至之后才形成。他們將觀察更多的風暴，因為在韋伯的任務過程中土星的北半球從夏季移動到秋季。

風暴不是土星和地球共有的唯一大氣現象。土星也經歷極光，或北極光和南極光。這些極光觸發了土星大氣中的化學變化，分解了一些分子，并允許新的分子形成。韋伯將尋找在中紅外波長發光的特殊化學物質的特征，特別是在北極地區。

泰坦，土星最大的月亮

土星最大的衛星土衛六也將落入韋伯強大的目光之下。泰坦是獨一無二的，因為它是我們太陽系中唯一擁有大量氣氛的衛星。事實上，它比水星更大。土衛六上的大氣壓力比地球大約高50%。像地球一樣，大氣層主要是氮氣，但泰坦也有甲烷等氣態碳氫化合物。土衛六也比地球更冷，表面溫度在零下290華氏度(零下180攝氏度)左右。

在泰坦的大氣層中，化學反應不斷攪動其成分。分子被分解成它們的成分，如碳，氫，氧和氮。這些原子形成新的分子，它們在空氣中滲透并沉淀在當前正在經歷冬季的任何一個極點上。

“土衛六的氣氛就像一個大化學實驗室，”美國宇航局位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心的康納爾尼克森說，他是該項目的首席研究員。尼克松和他的同事將使用韋伯的近紅外光譜儀(NIRSpec)和中紅外成像儀(MIRI)來研究這些分子，這些分子比卡西尼的儀器允許的更詳細。

泰坦也是我們太陽系中除地球外唯一的物體，其表面有液態海洋和湖泊。雖然地球有一個水循環，其中水蒸發，下降為雨，并流入河流到海洋，泰坦經歷了與甲烷類似的循環。在土衛六上，甲烷雨通過堅硬的水冰雕刻河床，然后流入柏油海。2004年登陸泰坦的歐洲航天局的卡西尼及其惠更斯探測器對這個土星衛星進行了卓越的發現。韋伯將研究泰坦的季節性氣候周期，將其與天文學家的模型進行比較。

“泰坦有云的天氣，我們可以看到實時變化的，它的化學性質是距離地球有很大不同，但它仍然是有機，碳基化學品，” NASA戈達德，在程序的合作研究者的孫燕姿米拉姆說。

雖然Webb在發布后的任務壽命設計為至少5-1 / 2年，但可能持續10年或更長時間。結果，它可以看到土星從北方的夏季到秋分，再回到南方的春天。當卡西尼號在南方夏季抵達時，這幾乎將“完成圓圈”。

“我們將真正覆蓋整個土星年。這將是一次令人大開眼界的經歷，”弗萊徹說。