新图像揭示了海王星和天王星的真实面貌

原创 哈尔鲍曼9000 科学剃刀

分别于1986年和1989年在旅行者2号飞越后不久发布的天王星和海王星的旅行者2号/国际空间站图像，与本研究中对单个滤光片图像的重新处理进行了比较，以确定对这些行星真实颜色的最佳估计。图片来源：帕特里克·欧文。

海王星以浓郁的蓝色和天王星的绿色而闻名，但一项新的研究表明，这两颗冰巨星的颜色实际上比通常认为的要接近得多。

他和他的团队发现，这两个世界实际上都是相似的绿蓝色，尽管人们普遍认为海王星是深蓝色的，而天王星的外观是淡青色的。

天文学家早就知道，这两颗行星的大多数现代图像并不能准确反映它们的真实颜色。之所以产生这种误解，是因为在20世纪拍摄的这两颗行星的图像 - 包括美国宇航局的旅行者2号任务，唯一飞越这些世界的航天器 - 以不同的颜色记录了图像。

单色图像后来被重新组合以创建复合彩色图像，这些图像并不总是精确平衡以实现“真实”的彩色图像，并且 - 特别是在海王星的情况下 - 经常被制作成“太蓝”。

此外，旅行者2号的早期海王星图像经过了强烈的对比度增强，以更好地揭示塑造我们现代海王星视角的云层、波带和风。

欧文教授说：“虽然人们熟悉的旅行者2号天王星图像是以更接近'真实'颜色的形式发表的，但海王星的图像实际上被拉伸和增强了，因此人为地变得太蓝了。尽管当时行星科学家已经知道人工饱和的颜色，并且发布了图像，并附有解释它的标题，但随着时间的推移，这种区别已经消失了。将我们的模型应用于原始数据，我们已经能够重建海王星和天王星颜色的最准确表示。

HST/WFC3 从 2015 年到 2022 年看到的天王星。在这个序列中，北极呈淡绿色，向太阳和地球摆动。在这些图像中，标出了北纬35度和南纬35度的赤道线和纬度线。图片来源：帕特里克·欧文

在这项新研究中，研究人员使用了哈勃太空望远镜的太空望远镜成像光谱仪（STIS）和欧洲南方天文台超大望远镜上的多单元光谱探测器（MUSE）的数据。在这两种仪器中，每个像素都是连续的光谱。

这意味着STIS和MUSE的观测结果可以被明确地处理，以确定天王星和海王星的真实表观颜色。研究人员利用这些数据重新平衡了旅行者2号相机以及哈勃太空望远镜的宽视场相机3（WFC3）记录的复合彩色图像。

这表明天王星和海王星实际上是一种相当相似的绿蓝色阴影。主要区别在于海王星有轻微的额外蓝色，该模型显示这是由于该行星上的雾霾层较薄。

该研究还为为什么天王星的颜色在其84年的太阳轨道上略有变化的长期谜团提供了答案。作者首先将这颗冰巨星的图像与其亮度的测量值进行了比较，这些测量值由亚利桑那州洛厄尔天文台于1950年至2016年在蓝色和绿色波长下记录。

这些测量表明，天王星在冬至（即夏季和冬季）看起来更绿一些，这时行星的一极指向我们的恒星。但是在它的春分时——当太阳在赤道上空时——它有一种更蓝的色调。

众所周知，造成这种情况的部分原因是因为天王星有一个非常不寻常的旋转。在它的轨道上，它几乎在它的轨道上旋转，这意味着在行星的冬至期间，它的北极或南极几乎直接指向太阳和地球。作者说，这很重要，因为从我们的星球上看，极地地区反射率的任何变化都会对天王星的整体亮度产生重大影响。

天文学家不太清楚的是这种反射率如何或为什么不同。这导致研究人员开发了一个模型，将天王星极地地区的光谱与赤道地区的光谱进行比较。研究发现，极地地区在绿色和红色波长下的反射率高于蓝色波长，部分原因是吸收红色的甲烷在两极附近的含量大约是赤道的一半。

然而，这还不足以完全解释颜色变化，因此研究人员在模型中添加了一个新变量，即逐渐增厚的冰雾的“罩子”，该“罩”以前在夏季阳光照射的极点上观察到，因为行星从春分点移动到冬至。

天文学家认为这可能是由甲烷冰粒组成的。当在模型中模拟时，冰粒进一步增加了两极绿色和红色波长的反射，从而解释了为什么天王星在冬至时更绿。

欧文教授说：“这是第一项将定量模型与成像数据相匹配的研究，以解释为什么天王星的颜色在其轨道上会发生变化。通过这种方式，我们已经证明天王星在冬至时更绿，因为极地地区的甲烷丰度减少，但明亮散射的甲烷冰粒的厚度也增加了。

天文学研究大学协会（AURA）的海蒂·哈梅尔（Heidi Hammel）博士花了几十年时间研究海王星和天王星，但没有参与这项研究，他说：“对海王星颜色的误解，以及天王星不寻常的颜色变化，几十年来一直困扰着我们。这项全面的研究最终应该会解决这两个问题。

冰巨行星天王星和海王星仍然是未来机器人探险家的诱人目的地，建立在 1980 年代旅行者号的遗产之上。

莱斯特大学的行星科学家、这项新研究的合著者Leigh Fletcher教授说：“探索天王星系统的任务 - 从其奇异的季节性大气，到其多样化的环和卫星集合 - 是未来几十年航天机构的高度优先事项。

然而，即使是一个长寿的行星探测器，在围绕天王星的轨道上，也只能捕捉到天王星年的短暂快照。

弗莱彻教授补充说：“像这样的地球研究，显示了天王星的外观和颜色在几十年来如何随着太阳系中最奇怪的季节而变化，对于将这一未来任务的发现置于更广泛的背景下至关重要。

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原标题：《新图像揭示了海王星和天王星的真实面貌》

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