科学家首次以三维视角绘制了天王星高层大气图谱，追踪了云层上方5000公里范围内的温度变化与带电粒子活动。韦伯望远镜的锐利视野捕捉到发光极光带，以及由该行星剧烈倾斜的磁场塑造出的神秘暗区。
该项目由英国诺森比亚大学的保拉·蒂兰蒂领导。研究团队在被称为电离层的区域测量了远至可见云层上方5000公里处的温度和离子密度，该区域的大气层发生电离，并受到行星磁场的强烈影响。
这些观测结果提供了迄今为止最清晰的天王星极光形成图景，以及其异常倾斜的磁场如何影响极光。数据还显示，该行星的高层大气在过去三十年中持续冷却。云层上方3000至4000公里之间的温度达到最高值，而离子密度则在接近1000公里处达到峰值。结果还揭示了与经度相关的明显差异，这与磁场的复杂结构有关。
"这是我们第一次能够三维地观察天王星的高层大气，"保拉说。"借助韦伯的灵敏度，我们可以追踪能量如何向上穿过行星大气层，甚至能看到其不对称磁场的影响。"
天王星仍在冷却的证据
新的测量结果证实了天王星的高层大气持续冷却，这一模式最早在20世纪90年代初被发现。研究人员计算出平均温度约为426开尔文（约150摄氏度），这低于先前从地面天文台或早期航天器任务获得的读数。
极光与形状奇特的磁层
韦伯探测到行星磁极附近有两条明亮的极光带。在这些极光带之间，研究团队发现了一个辐射减弱且离子减少的区域（该特征可能与磁力线的转变有关）。在木星上也观测到类似的较暗区域，木星上磁场的形状引导带电粒子穿过高层大气运动。
"天王星的磁层是太阳系中最奇特的磁层之一，"保拉补充道。"它相对于行星的自转轴是倾斜且偏移的，这意味着它的极光以复杂的方式扫过行星表面。韦伯现在向我们展示了这些效应深入大气层的程度。通过如此详细地揭示天王星的垂直结构，韦伯正在帮助我们理解冰巨行星的能量平衡。这是向着表征太阳系外巨行星特征迈出的关键一步。"
研究详情与韦伯任务
这些发现基于JWST通用观测项目5073（首席研究员：英国诺森比亚大学的H. Melin）的数据。2025年1月19日，研究人员使用NIRSpec的积分场单元连续观测天王星15小时。研究结果发表在《地球物理研究快报》期刊上。
韦伯是已发射的最强大的太空望远镜。作为国际合作的一部分，欧洲空间局提供了使用阿丽亚娜5号火箭的发射服务。欧空局还负责监督该任务所需的修改，并通过阿丽亚娜空间公司确保了发射服务。此外，欧空局提供了NIRSpec仪器，并为中红外仪器MIRI贡献了50%的份额，该仪器由欧洲国家资助的研究所组成的联盟（MIRI欧洲联盟）与喷气推进实验室及亚利桑那大学合作开发。
詹姆斯·韦伯太空望远镜是美国国家航空航天局、欧空局和加拿大空间局的联合任务。