詹姆斯韦伯望远镜捕捉到了太阳系内最难捕捉的行星，细节令人惊叹

近日，美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope，简称JWST）公布了一张令人惊叹的天王星照片，它展示了这颗冰巨行星的环系、最亮的卫星和动态的大气层。这是继JWST拍摄海王星之后后，再次向世人展示了它强大的观测能力。

詹姆斯韦伯太空望远镜于 2023 年 2 月 6 日看到的天王星的放大图像

天王星是太阳系中第七颗行星，也是最冷的一颗。它有13个已知的环和27个卫星。它的轨道和自转都非常特殊，它几乎是侧着绕太阳运行，自转轴与轨道平面相差约90度。这导致了天王星有极端的季节变化，每个极点会连续多年面向或背向太阳。

詹姆斯·韦伯太空望远镜于 2023 年 2 月 6 日拍摄的天王星全尺寸广角照片显示了该行星 27 颗已知卫星中的六颗

JWST拍摄到的这张天王星照片显示了它11个环中的10个，其中一些环非常明亮，以至于看起来有些重叠。令天文学家惊讶的是，JWST使用的近红外相机（NIRCam）能够捕捉到天王星最内侧两个微弱的尘埃环。

詹姆斯韦伯太空望远镜于 2023 年 2 月 6 日拍摄的天王星图像的注释版本，显示了其明亮的极地冰盖和发光的云层。

这两个环之前只有两个天文观测设备能够看到——一个是1986年飞越天王星的旅行者2号探测器（Voyager 2），另一个是最近使用先进自适应光学技术的凯克天文台（Keck Observatory）。

旅行者2号于1986年拍摄的天王星

旅行者2号在1986年飞越天王星时，拍摄到了一张看起来像一个没有明显特征的蓝色弹珠的照片。而JWST拍摄到的照片则与之形成了鲜明对比，描绘了一个充满变化和活力的世界。JWST拍摄到的照片是通过两种滤镜合成的，分别呈现为蓝色和橙色。

这张代表性颜色的照片显示了由水、甲烷和氨组成的密集冰液层覆盖着一个小岩石核心，形成了一个看起来像一个浅蓝色雪球的天王星。

哈勃空间望远镜的天王星影像，可以看见云带、环和一些卫星。

目前，在天王星北极是春季。这可以从照片上看出来，天王星右侧在北极冰帽处变亮了，因为那里正面向太阳。这是科学家第一次看到这个方面在北极冰帽的边缘，有一个明亮的云层，还有一些模糊的延伸特征几乎可以看到。

其中包括一个在天王星左侧边缘的非常明亮的云层。这些云层可能是由于季节性变化导致的大气运动所产生的。JWST能够观测到这些细节，是因为它使用了近红外波长，可以穿透天王星表面以下约1000公里的甲烷云层，看到更深层次的氢和氦组成的大气层。

地球和天王星大小的比较

除了天王星本身，JWST还拍摄到了它的六个卫星，分别是普克（Puck）、米兰达（Miranda）、阿丽尔（Ariel）、昂布里尔（Umbriel）、泰坦妮亚（Titania）和奥伯伦（Oberon）。这些卫星都是以莎士比亚和蒲柏的作品中的人物命名的，与天王星其他21个卫星一样。

天王星共有27个已知的卫星，它们可以分为三类：13个内部卫星、5个主要卫星和9个不规则卫星。内部卫星和主要卫星都是顺行轨道，而不规则卫星则大多是逆行轨道。内部卫星都是小而暗的天体，与天王星的环系有着共同的性质和起源。

JWST拍摄到的这张照片中，最大和最明亮的两个卫星是泰坦妮亚和奥伯伦，它们分别是太阳系中第八大和第九大的卫星，直径分别为1578公里和1523公里。它们都是椭球形状，表明它们曾经或仍然处于静力平衡状态。

它们也有着复杂而多样化的地貌，包括峡谷、山脉、断层、冰火山和撞击坑等。泰坦妮亚上有一座高约6公里的山峰，被命名为罗克山（Rupes Recta），是太阳系中最高的山峰之一。奥伯伦上有一座直径为210公里、深度为6公里的巨型撞击坑，被命名为哈姆雷特坑（Hamlet），是太阳系中最大的撞击坑之一。

米兰达

其他四个卫星则相对较小，直径在470到1160公里之间。其中最小但最特殊的是米兰达，它有着非常奇异而混乱的地貌，包括巨大而陡峭的悬崖、平滑而年轻的平原、环形山脊和断裂等。米兰达可能是由于受到强烈潮汐力或者与其他天体碰撞而被撕裂开而重新组合的。米兰达可能是天王星最古老的卫星之一，它的形成时间可能早于天王星自转倾角变化的事件。

阿丽尔和昂布里尔则相对平淡，没有太多的地貌特征。阿丽尔上有一些峡谷和断层，表明它曾经有过一定程度的内部活动。昂布里尔上则覆盖着一层黑暗的物质，可能是由于它受到了来自天王星环系和内部卫星的微小撞击物的污染。

普克是JWST拍摄到的最小的卫星，也是天王星最内侧的卫星之一。它直径只有162公里，表面充满了撞击坑，没有任何其他明显的地貌。普克可能是由天王星环系中较大的颗粒聚集而成的。

除了这六个卫星，JWST还能够看到天王星环系中的一些细节。天王星共有13个已知的环，它们都是非常暗淡和窄的，反照率不超过2%。它们可能由水冰和一些经过辐射加工的有机物组成。

天王星的环。最外层是明亮的ε环，还可以看见另外的9个环。

天王星环系中最亮和最宽的环是ε环，它直径约为100000公里，宽度约为20公里。它被两个小卫星科德莉亚（Cordelia）和奥菲利亚（Ophelia）所维持，这两个卫星被称为牧羊卫星，因为它们通过引力作用使ε环保持稳定而不散开。

JWST拍摄到的照片中还可以看到两个微弱而宽广的环：μ环和ν环。这两个环是由小尘埃粒子组成的，与太阳系中其他行星的尘埃环类似。μ环位于泰坦妮亚和奥伯伦之间，ν环位于泰坦妮亚和普克之间。

天王星环系统。

JWST还捕捉到了天王星最内侧两个尘埃环：1986U2R/ζ环和λ环。这两个环非常难以观测，因为它们非常微弱而且靠近天王星本身。1986U2R/ζ环位于米兰达和普克之间，λ环位于阿丽尔和昂布里尔之间。

JWST拍摄到的这张天王星照片是对太阳系冰巨行星研究的重要贡献，它展示了这些遥远而神秘的世界的多样性和复杂性。JWST将继续利用它先进的红外仪器观测太阳系中其他行星、卫星、小行星、彗星等天体，为我们揭示更多关于太阳系起源和演化的秘密。