新图像揭示了海王星和天王星的真实面貌

众所周知，海王星是蓝色的，天王星是绿色的。但是一项新的研究表明，这两个冰巨人的颜色实际上比通常认为的要接近得多。

在牛津大学帕特里克·欧文教授领导的研究的帮助下，行星的正确阴影已经得到确认，该研究已于今天发表在《皇家天文学会月刊》上。

他和他的团队发现，尽管人们普遍认为海王星是深蓝色，天王星是浅青色，但两个世界实际上都是类似的蓝绿色

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。

这种误解的产生是因为20世纪捕捉到的两颗行星的图像——包括美国国家航空航天局的旅行者2号任务——唯一飞过这些星球的航天器——记录了不同颜色的图像。

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获得“真实”的彩色图像，尤其是在海王星的情况下，通常被制作得“太蓝”。

此外，旅行者2号拍摄的早期海王星图像进行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、带和风。

欧文教授说:“尽管我们熟悉的旅行者2号发布的天王星图像更接近‘真实’的颜色，但海王星的图像实际上被拉伸和增强了，因此被人为地弄得太蓝了。”

“尽管当时行星科学家们都知道这种人工饱和的颜色，而且发布的图像还配有说明文字，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，我们已经能够重建迄今为止最准确的海王星和天王星颜色的表示。”

在这项新研究中，研究人员使用了来自哈勃太空望远镜的太空望远镜成像光谱仪(STIS)和欧洲南方天文台甚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和缪斯的观测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。

研究人员使用这些数据来重新平衡旅行者2号相机和哈勃太空望远镜的宽视场相机3(WFC 3)记录的复合彩色图像。

这表明天王星和海王星实际上是相当相似的蓝绿色。

主要的区别是海王星有一点点额外的蓝色，模型揭示这是由于该行星上的雾霾层较薄。

这项研究还为长期以来的谜团提供了答案，为什么天王星的颜色在其84年的太阳轨道上略有变化。

作者首先将这颗冰巨人的图像与其亮度测量值进行比较后得出了他们的结论，这些测量值是由亚利桑那州洛厄尔天文台在1950年至2016年期间以蓝色和绿色波长记录的。

这些测量结果表明，当天王星的一个极点指向我们的恒星时，它在二至点(即夏季和冬季)显得更绿一点。

但是在春分和秋分期间，当太阳位于赤道上方时，它的颜色会稍微偏蓝一些。

部分原因是因为天王星有一个非常不寻常的自转。

它在轨道上几乎是侧转的，这意味着在地球的二至点期间，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，极地区域反射率的任何变化都会对天王星的整体亮度产生很大影响。

天文学家不太清楚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，比较天王星极地区域和赤道区域的光谱。

研究发现，极地地区对绿色和红色波长的反射率高于蓝色波长，部分原因是吸收红色的甲烷在极地附近的含量约为赤道附近的一半。

然而，这还不足以完全解释颜色的变化，因此研究人员在模型中添加了一个新的变量，即一个逐渐增厚的冰霾罩，这种冰霾罩此前在夏季太阳从春分点移动到至日时被观测到。

天文学家认为这很可能是由甲烷冰颗粒组成的。

当在模型中进行模拟时，冰粒进一步增加了两极对绿色和红色波长的反射，解释了为什么天王星在至日更绿。

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发生变化。”

“通过这种方式，我们证明了天王星在至日更绿，因为两极地区的甲烷含量减少了，但明亮散射的甲烷冰粒厚度增加了。”

天文学研究大学协会的海蒂·哈默尔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困扰了我们几十年。这项全面的研究应该最终解决这两个问题。”

在20世纪80年代旅行者号的遗产基础上，天王星和海王星仍然是未来机器人探险家的诱人目的地。

莱斯特大学的行星科学家利·弗莱彻教授是这项新研究的共同作者，他说:“探索天王星系统的任务——从其奇异的季节性大气到其多样的光环和卫星收藏——是未来几十年太空机构的高度优先事项。”

然而，即使是一个长寿的行星探测器，在天王星的轨道上，也只能捕捉到一个天王星年的短暂快照。

弗莱彻教授补充说:“像这样的基于地球的研究显示了天王星的外观和颜色在几十年来如何改变以应对太阳系中最怪异的季节，这对于将这项未来任务的发现置于更广泛的背景下至关重要。”

来源: Materials provided by University of Oxford.
注明: Content may be edited for style and length. Journal Reference: Patrick G J Irwin, Jack Dobinson, Arjuna James, Nicholas A Teanby, Amy A Simon, Leigh N Fletcher, Michael T Roman, Glenn S Orton, Michael H Wong, Daniel Toledo, Santiago Pérez-Hoyos, Julie Beck. Modelling the seasonal cycle of Uranus’s colour and magnitude, and comparison with Neptune. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2024; 527 (4): 11521 DOI: 10.1093/mnras/stad3761