哈勃对天王星20年的研究带来了新的大气见解

（蜘蛛网eeook.com）据美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心：围绕太阳旋转的冰巨星天王星是一个奇怪而神秘的世界。现在，在一项跨越二十年的前所未有的研究中，使用美国宇航局哈勃太空望远镜的研究人员发现了对地球大气组成和动力学的新见解。这之所以成为可能，是因为哈勃望远镜的分辨率高、光谱能力强、寿命长。

该团队的研究结果将帮助天文学家更好地了解天王星的大气是如何工作的，以及对不断变化的阳光的反应。这些长期观测为理解这颗遥远的冰巨星的大气动力学提供了宝贵的数据，这可以作为研究类似大小和组成的系外行星的替代品。

1986年，当旅行者2号飞过天王星时，它提供了这颗侧向行星的特写照片。它看到的东西就像一个平淡的蓝绿色台球。相比之下，哈勃记录了2002年至2022年20年的季节变化。在此期间，亚利桑那大学的Erich Karkoschka、威斯康星大学的Larry Sromovsky和Pat Fry领导的一个团队使用相同的哈勃仪器STIS（太空望远镜成像光谱仪）绘制了天王星大气结构的准确图像。

天王星的大气层主要是氢和氦，还有少量的甲烷和微量的水和氨。甲烷通过吸收太阳光的红色波长使天王星呈现青色。

哈勃团队在20年的时间里观测了天王星四次：2002年、2012年、2015年和2022年。他们发现，与气态巨星土星和木星的情况不同，甲烷在天王星上的分布并不均匀。相反，它在两极附近被严重耗尽。这种消耗在二十年里保持相对稳定。然而，气溶胶和雾霾结构发生了巨大变化，随着2030年地球接近其北部夏至，北极地区明显变亮。

图像列显示了STIS在20年期间观测天王星的四年中天王星的变化。在这段时间里，研究人员观察了天王星的季节，因为南极地区变暗进入冬季阴影，而北极地区随着北方夏季的临近而变亮。来源：美国国家航空航天局、欧洲航天局、埃里希·卡尔科什卡（LPL）

天王星绕太阳一周需要84个地球年多一点的时间。因此，在过去的二十年里，哈勃团队只看到了大部分北方的春天，因为太阳在2030年从直接照射在天王星赤道上转向几乎直接照射在其北极上。哈勃望远镜的观测表明，在此期间天王星的大气环流模式复杂。对甲烷分布最敏感的数据表明，极地地区存在下行流，其他地区存在上行流。

该团队从几个方面分析了他们的结果。图像列显示了STIS在20年期间观测天王星的四年中天王星的变化。在这段时间里，研究人员观察了天王星的季节，因为南极地区（左）变暗进入冬季阴影，而北极地区（右）则随着北方夏季的临近而变得更加明亮。

最上面一排，在可见光下，显示了即使是业余望远镜也能看到天王星的颜色在人眼眼中的样子。

在第二行，这颗行星的假彩色图像是由可见光和近红外光观测组合而成的。颜色和亮度对应于甲烷和气溶胶的量。在2002年哈勃的STIS首次瞄准天王星之前，这两个量都无法区分。一般来说，绿色区域表示甲烷比蓝色区域少，红色区域表示没有甲烷。红色区域位于边缘，天王星的平流层几乎完全没有甲烷。

底部的两行显示了气溶胶和甲烷的纬度结构，这些结构是从可见光到近红外的1000个不同波长（颜色）推断出来的。在第三行中，明亮的区域表示多云的情况，而黑暗的区域表示更清晰的情况。在第四行中，明亮的区域表示甲烷耗尽，而黑暗的区域显示甲烷的全部含量。

在中低纬度地区，气溶胶和甲烷消耗有自己的纬度结构，在二十年的观测中，这些结构大多没有太大变化。然而，在极地地区，气溶胶和甲烷的消耗表现非常不同。

在第三行中，北极附近的气溶胶急剧增加，在早春期间表现为非常暗，近年来变得非常明亮。随着太阳辐射的消失，左肢的气溶胶似乎也消失了。这是太阳辐射改变天王星大气中气溶胶霾的证据。另一方面，在整个观测期间，两极地区的甲烷消耗似乎都保持在相当高的水平。

随着天王星接近北方夏季，天文学家将继续观测天王星。

哈勃太空望远镜已经运行了三十多年，并继续取得突破性的发现，这些发现塑造了我们对宇宙的基本理解。哈勃是美国国家航空航天局和欧洲航天局（ESA）之间的国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔特的美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心负责管理望远镜和任务操作。总部位于丹佛的洛克希德·马丁航天公司也支持戈达德的任务操作。巴尔的摩的太空望远镜科学研究所由天文学研究大学协会运营，为美国国家航空航天局进行哈勃科学操作。