迄今最清晰！韦布拍到了“躺平”天王星的11个环

在2022年发布了海王星图像之后，美国航空航天局（NASA）的詹姆斯·韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope）又拍摄了太阳系另一颗冰巨星——天王星令人惊叹的图像。这项观测是在2023年2月6日进行的，新图像展示了天王星独特的行星环以及行星大气层中的明亮面。这些最新数据显示，韦布望远镜具有极高的灵敏性，能拍下极为微弱的尘埃环，而在此前，天王星的这些尘埃环只被两个其他设施拍到过：1986年飞掠天王星的旅行者2号（Voyager 2）和具有先进自适应光学功能*的凯克天文台（Keck Observatory）。

*译者注：自适应光学功能是指望远镜的镜面可以根据大气湍流的变化进行实时调整，以消除大气湍流对望远镜成像的影响，从而获得更清晰的图像。

作为太阳系中的第七颗行星，天王星是独一无二的，它的自转轴几乎与绕太阳运行的公转平面平行，是太阳系内唯一一个赤道几乎与轨道呈直角的行星，也就是躺平着绕太阳滚动运行。这个独特的倾斜角度导致了太阳系中最极端的季节，天王星绕太阳公转一周需要84年，自转轴两端的极地会经历多年的持续光照，而后是同等年份的暗无天日。目前，图中可见的天王星北极正处于春季末期，夏季将在2028年到来；而旅行者2号访问天王星时，它的南极处在夏季。

这张红外图像由韦布的近红外相机（NIRCam）拍摄，结合了1.4微米和3.0微米两个滤镜的数据，分别用蓝色和橙色表示。天王星在这张代表性彩色图像中呈现出蓝色色调。

旅行者2号在观察天王星时，用的是可见光波长，拍摄的天王星是一颗几乎没有特征的蓝绿色球体。而这张新的图像则形成了鲜明的对比，韦布望远镜利用红外波长和更高的灵敏度揭示了更多细节，描绘了一个充满活力和变化的天王星。

图中天王星的右侧有一个面向太阳的极点亮度增加区域，称为极冠（polar cap），是天王星独有的特征。在夏季，当阳光直接照射天王星极点时，这个极冠似乎就会出现，然后在秋季消失。韦布的这些新数据将帮助科学家理解目前天王星上这一神秘现象的机制：在极冠中心，有一片圆形区域不知为何显得更亮一些。韦布的近红外相机更高的灵敏度和更长的观测波长可能是我们能够看到这个增强的天王星极冠特征的原因，而在其他的望远镜，例如哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope）和凯克天文台拍摄的图像中，这个特征并没有被清晰地观察到。通过韦布，天文学家将能够随时间监测天王星的外观，以了解它奇怪的“躺平式”自转可能会对行星的天气模式产生怎样的影响。

在天王星的极冠边缘，有一片明显的亮云，而在边缘之外，还有一圈稍显昏暗的特征。在天王星的左侧边缘处，还可以看到第二片非常明亮的云团。在红外波长下，这类云团在天王星上较为典型，可能与风暴活动有关。

与行星地球和类似行星相比，天王星的表面温度非常低，平均只有-200°C左右，这意味着水、氨和甲烷等物质会凝结成固体，形成 “冰”。这些物质的冰层组成了天王星厚厚的大气层和表面，让它看起来更像一个冰冷的蓝绿色巨球，天王星也因此被称为冰巨星（ice giant）。

天王星有13个已知的环，由岩石和不太反射太阳光的尘埃构成，对大多数望远镜来说并不容易拍到。韦布望远镜不仅成功拍到了13个环中的11个，而且拍摄到的环中还包括迄今为止最清晰的两个极为微弱的尘埃环（例如距离天王星最近的弥散的ζ环），这两个环直到1986年旅行者2号飞掠天王星时才被发现。科学家预计在未来，韦布拍到的天王星图像将揭示哈勃在2007年发现的剩下两个昏暗的外环。

天王星拥有27颗已知的卫星，韦布拍摄到了其中多颗，大部分太小或太暗，无法在这张短曝光图像中看到；上面的广角视图中标出了6颗最亮的卫星。新的图片曝光时间只有12分钟，用到的滤镜也只有两个，相当于韦布在拍摄这张天王星照片时只是小试了一下牛刀。2022年，美国国家科学院、工程院和医学院在其2023-2033行星科学和宇宙生物学十年计划（2023-2033 Planetary Science and Astrobiology decadal survey）中，将天王星科学列为了优先事项。更多的天王星研究正在进行中，韦布首年科学运行期间也还会有新的针对天王星的研究。

詹姆斯·韦布空间望远镜是世界上首屈一指的空间科学望远镜，它将解开太阳系中的谜团，超越其他恒星周围的遥远世界，探索我们宇宙的神秘结构和起源，以及地球在其中的位置。韦布是由NASA与欧洲航天局（European Space Agency，ESA）和加拿大航天局（Canadian Space Agency）的合作伙伴牵头的一项国际计划。

参考来源：https://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/nasa-s-webb-scores-another-ringed-world-with-new-image-of-uranus