美國(guó)國(guó)家航空航天局和牛津大學(xué)發(fā)現(xiàn)比以前想象的更溫暖的天王星 _美國(guó)

據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局：關(guān)鍵點(diǎn)
1.木星、土星和海王星各自釋放的能量都比從太陽接收的能量多，這意味著它們的內(nèi)部相對(duì)溫暖。2.1986年，美國(guó)國(guó)家航空航天局與旅行者2號(hào)飛越天王星，發(fā)現(xiàn)這顆行星比預(yù)期的要冷，這對(duì)行星如何形成和演化的想法提出了挑戰(zhàn) 。3.然而，通過先進(jìn)的計(jì)算機(jī)建模和對(duì)舊數(shù)據(jù)的新觀察，科學(xué)家們認(rèn)為地球?qū)嶋H上可能比以前預(yù)期的要暖和。
幾千年來，天文學(xué)家一直認(rèn)為天王星只不過是一顆遙遠(yuǎn)的恒星。直到18世紀(jì)末，天王星才被普遍認(rèn)為是一顆行星。直到今天，這個(gè)環(huán)狀的藍(lán)色世界仍然顛覆了科學(xué)家的預(yù)期，但美國(guó)國(guó)家航空航天局的新研究有助于解開這個(gè)世界的一些謎團(tuán) 。

這張放大的天王星圖像是由美國(guó)國(guó)家航空航天局詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡上的近紅外相機(jī)于2023年2月6日拍攝的，展示了天王星環(huán)的壯麗景色。圖像：美國(guó)國(guó)家航空航天局、歐洲航天局、加拿大航天局、STScI
天王星不同于我們太陽系中的任何其他行星。天王星是側(cè)向旋轉(zhuǎn)的，這意味著每個(gè)極點(diǎn)都直接面向太陽，持續(xù)42年的“夏天” 。天王星也與除金星外的所有行星的旋轉(zhuǎn)方向相反。1986年美國(guó)國(guó)家航空航天局旅行者2號(hào)飛越天王星的數(shù)據(jù)也表明，這顆行星內(nèi)部異常寒冷，這促使科學(xué)家重新考慮行星在整個(gè)太陽系中如何形成和演化的基本理論。
美國(guó)國(guó)家航空航天局位于馬里蘭州格林貝爾特的戈達(dá)德太空飛行中心的行星科學(xué)家艾米·西蒙說：“自從旅行者2號(hào)飛越以來，每個(gè)人都說天王星沒有內(nèi)部熱量。” 。“但很難解釋為什么會(huì)這樣，尤其是與其他巨型行星相比。”
這些天王星的預(yù)測(cè)僅來自旅行者2號(hào)對(duì)天王星散發(fā)熱量的一次近距離測(cè)量：“一切都取決于這一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，”西蒙說。“這是問題的一部分。”
現(xiàn)在，西蒙和一組科學(xué)家使用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)建模技術(shù)并重新審視了幾十年的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)天王星確實(shí)會(huì)產(chǎn)生一些熱量，正如他們?cè)?月16日的《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》雜志上報(bào)道的那樣。
行星的內(nèi)部熱量可以通過比較它從太陽接收的能量與它以反射光和發(fā)射熱的形式釋放到太空中的能量來計(jì)算。太陽系的其他巨型行星——土星、木星和海王星——釋放的熱量比它們接收的熱量多，這意味著額外的熱量來自內(nèi)部，其中大部分是45億年前形成行星的高能過程留下的。一顆行星散發(fā)的熱量可能表明其年齡：相對(duì)于從太陽吸收的熱量，釋放的熱量越少，行星就越古老。
天王星從其他行星中脫穎而出，因?yàn)樗坪跎l(fā)出的熱量與接收到的熱量一樣多，這意味著它沒有自己的熱量。這讓科學(xué)家們感到困惑。一些人猜測(cè) ，這顆行星可能比其他所有行星都古老得多，并且已經(jīng)完全冷卻。其他人則提出，一次巨大的碰撞——也就是可能將天王星撞向一邊的那次碰撞——將天王星的所有熱量都吹走了。但這些假設(shè)都沒有讓科學(xué)家們滿意，促使他們解決天王星的冷案例。
“我們想，‘天王星真的沒有內(nèi)部熱量嗎？’”該論文的主要作者、英國(guó)牛津大學(xué)行星物理學(xué)教授帕特里克·歐文說。“我們做了很多計(jì)算，看看天王星反射了多少陽光，我們意識(shí)到它實(shí)際上比人們估計(jì)的更具反射性。”
研究人員著手確定天王星的全部能量預(yù)算：它從太陽接收了多少能量，反射了多少陽光，散發(fā)了多少熱量。為了做到這一點(diǎn)，他們需要估計(jì)從行星上所有角度反射的光線總量。西蒙說：“你需要看到散射到側(cè)面的光，而不僅僅是直接射向你的光。” 。
為了獲得迄今為止對(duì)天王星能量預(yù)算的最準(zhǔn)確估計(jì)，牛津大學(xué)的研究人員開發(fā)了一個(gè)計(jì)算機(jī)模型，該模型匯集了數(shù)十年來地面和太空望遠(yuǎn)鏡（包括美國(guó)宇航局的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和美國(guó)宇航局在夏威夷的紅外望遠(yuǎn)鏡設(shè)施）觀測(cè)到的天王星大氣的所有信息。該模型包括有關(guān)地球霧霾、云層和季節(jié)變化的信息，所有這些都會(huì)影響陽光的反射方式和熱量的逃逸方式。

這些由美國(guó)國(guó)家航空航天局哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的天王星并排圖像顯示了天王星反射率的季節(jié)性變化。左圖顯示了這顆行星在北春分七年后，當(dāng)時(shí)太陽正照耀在赤道上方。第二張照片拍攝于地球夏至前六年，描繪了一個(gè)明亮而巨大的北極帽。來源：美國(guó)國(guó)家航空航天局、歐洲航天局、STScI、A.Simon（NASA-GSFC）、M.H.Wong（加州大學(xué)伯克利分校）、J.DePasquale（STScI）
研究人員發(fā)現(xiàn) ，天王星釋放的能量比從太陽接收的能量多出約15%，這一數(shù)字與7月14日發(fā)表在《地球物理研究快報(bào)》上的另一項(xiàng)由美國(guó)國(guó)家航空航天局部分資助的獨(dú)立研究的最新估計(jì)相似。這些研究表明，天王星有自己的熱量，盡管仍然遠(yuǎn)低于它的鄰居海王星，海王星發(fā)出的能量是它所接收能量的兩倍多。
西蒙說：“現(xiàn)在我們必須了解天王星的剩余熱量意味著什么，并對(duì)其進(jìn)行更好的測(cè)量。” 。
解開天王星的過去不僅有助于繪制太陽系行星形成和遷移到當(dāng)前軌道的時(shí)間線，還有助于科學(xué)家更好地了解太陽系外發(fā)現(xiàn)的許多行星，稱為系外行星，其中大多數(shù)與天王星大小相同。
作者：艾瑪·弗里德曼美國(guó)國(guó)家航空航天局戈達(dá)德太空飛行中心，馬里蘭州格林貝爾特。