一项研究表明，海王星和天王星都是蓝绿色的，而不是之前认为的深蓝和淡青色。现代望远镜的数据被用来纠正这些历史上的颜色错误。图片来源:Patrick Irwin，编辑
最近由帕特里克·欧文教授领导的研究表明，海王星和天王星都是相似的蓝绿色，挑战了之前对它们颜色的看法。这项研究使用现代望远镜数据来纠正历史上的颜色不准确，并解释了天王星在其轨道上的轻微颜色变化。
海王星以丰富的蓝色和天王星的绿色而闻名，但一项新的研究表明，这两个冰巨星的颜色实际上比通常认为的要近得多。
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证实，该研究今天发表在《皇家天文学会月报》上。
他和他的团队发现，这两个星球实际上都是相似的蓝绿色，尽管人们普遍认为海王星是深蓝的，天王星是淡青色的。
旅行者2号/国际空间站分别在旅行者2号于1986年和1989年飞掠天王星和海王星后不久发布的天王星和海王星的图像，与本研究中单独过滤图像的再处理进行比较，以确定对这些行星真实颜色的最佳估计。来源:Patrick Irwin
的Misco行星颜色的概念
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地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，唯一飞越这两颗行星的航天器——用不同的颜色记录了图像。
这些单色图像后来被重新组合成复合彩色图像，这些图像并不总是精确地平衡以获得“真正的”彩色图像，特别是在海王星的情况下，经常被制作得“太蓝”。
2015-2022年，HST/WFC3观测到的天王星。在这个过程中，呈现淡绿色的北极向太阳和地球倾斜。在这些图像中，赤道和纬度线在北纬35度和南纬35度被标记。来源:Patrick Irwin
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，以更好地揭示形成我们现代海王星视角的云、带和风。
欧文教授说:“虽然我们熟悉的旅行者2号天王星的照片是以一种更接近‘真实’颜色的形式发布的，但海王星的照片实际上是被拉伸和增强的，因此被人为地弄得太蓝了。”
“尽管当时行星科学家已经知道这种人为饱和的颜色，而且这些图像发布时附有说明文字，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，我们已经能够重建海王星和天王星颜色的最准确表示。”
通过现代研究澄清本色
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，每个像素都是一个连续的颜色光谱。
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号相机和哈勃太空望远镜的广角相机3号(WFC3)记录的合成彩色图像。
这表明天王星和海王星实际上是相当相似的绿蓝色。主要的区别是海王星有一点额外的蓝色，模型显示这是由于行星上的薄雾层更薄。
从1900年到2068年，天王星的两个天王星年(一个天王星年是84.02地球年)的季节颜色变化的动画，开始于南方夏至之前，当时天王星的南极几乎直接指向太阳。左边的圆盘显示了天王星的肉眼外观，而右边的圆盘已经进行了颜色拉伸和增强，使大气特征更加清晰。在这个动画中，天王星的旋转速度被放慢了3000倍以上，这样就可以看到行星的旋转，可以看到离散的风暴云穿过行星的圆盘。随着行星接近其至点，苍白的极地“罩”云的不透明度增加，甲烷丰度减少，可以看到填满更多的行星圆盘，导致行星整体颜色的季节性变化。天王星圆盘大小的变化是由于天王星与太阳的距离在其轨道上发生变化。来源:Patrick Irwin，牛津大学
解释天王星的颜色变化
这项研究还为长期存在的谜团提供了答案，即为什么天王星在其84年的太阳轨道上颜色会发生轻微变化。
作者首先将这颗冰巨星的图像与其亮度的测量结果进行了比较，得出了他们的结论，这些亮度是由亚利桑那州洛厄尔天文台从1950年到2016年在蓝色和绿色波长下记录的。
这些测量表明，天王星在夏至(即夏至和冬至)时显得更绿一些，因为这颗行星的一个极点指向我们的恒星。但是在春分时，也就是太阳在赤道上的时候，月亮会有点偏蓝。
部分原因是天王星的自转极不寻常。
在它的轨道上，它几乎是在它的一侧旋转，这意味着在行星的至日期间，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，因为极地反射率的任何变化都会对从地球上观察天王星的整体亮度产生重大影响。
天文学家不太清楚的是反射率是如何或为什么不同的。
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，极地地区对绿色和红色波长的反射比蓝色波长更强，部分原因是甲烷吸收红色，极地附近的甲烷含量约为赤道的一半。
然而，这还不足以完全解释颜色的变化，所以研究人员在模型中添加了一个新的变量，即逐渐变厚的冰雾的“罩”，这是以前在夏季观测到的，当地球从春分点到冬至点的时候，阳光照射的极点。
天文学家认为这很可能是由甲烷冰粒子组成的。
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，这就解释了为什么天王星在冬至时更绿。
欧文教授说:“这是第一次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了，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。她说:“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。”这项全面的研究应该最终解决这两个问题。”
未来勘探与公司ntinued研究
冰巨星天王星和海王星仍然是未来机器人探险者诱人的目的地，以20世纪80年代旅行者号的遗产为基础。
来自莱斯特大学的行星科学家、这项新研究的合著者利·弗莱彻教授说:“探索天王星系统的任务——从它奇怪的季节性大气，到它多样化的光环和卫星——是未来几十年太空机构的首要任务。”
然而，即使是在天王星轨道上运行的长寿行星探测器，也只能捕捉到天王星年的短暂快照。
弗莱彻教授补充说:“像这样的基于地球的研究，显示了天王星的外观和颜色在过去几十年里是如何随着太阳系最奇怪的季节而变化的，这对于将未来任务的发现置于更广泛的背景下至关重要。”
参考资料: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 prez - hoyos和Julie Beck, 2023年9月12日，《皇家天文学会月报》，“模拟天王星颜色和星等的季节周期，并与海王星进行比较”。DOI: 10.1093 / mnras / stad3761
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