天王星是天蓝色，海王星就是海蓝色？当心被误导哦

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主译：孙宇峰

校译：刘思慧

审阅：牧夫天文校对组

美编：张少岩

后台：李子琦

https://sorae.info/astronomy/20240111-uranus-neptune.html

关于行星的外观，在人们的印象中，一般“天王星是天空般的淡蓝色”，“海王星是大海般的深蓝色”。但事实上，由于各种原因，公布的天体图像有时会进行修正，因此并不一定能准确反映实际目视的情况。

由牛津大学Patrick Irwin领导的研究小组将哈勃空间望远镜(HST)和甚大望远镜(VLT)的观测数据应用到他们自主开发的行星颜色模型中，确定了天王星和海王星在肉眼中最精确的“真实颜色”。结果发现，天王星和海王星的“真实颜色”同样都是是带绿色的淡蓝色，除了海王星蓝色稍强一点之外，几乎无法区分。

这次的研究不仅改变了多年来对天王星和海王星的印象，还提供了对难以观测的遥远行星环境的重要见解，例如天王星极地和赤道环境之间的差异

▲图1：本次研究产出的天王星和海王星的“真实颜色”图片。海王星稍微偏蓝一些，但看起来并没有太大的差异（Credit：Patrick Irwin，University of Oxford）

天王星和海王星实际上颜色不同？

天王星和海王星都是在太阳系最外侧公转的行星，都属于同一个分类，即巨型冰行星。“两颗行星大致可以说是蓝色的行星，天王星是像天空一样淡蓝色，海王星是像大海一样深蓝色”，这样的印象是不是很常见呢？之所以会有这种蓝色，是因为两颗行星大气中含有约为百分之几的甲烷，其主要吸收红色的光，其次是绿色的光。

天王星和海王星的名称是根据颜色命名的（*1），而外观的图像则是由美国宇航局发射的旅行者2号探测器拍摄的图像所确定的。旅行者2号分别于1986年和1989年接近天王星和海王星，并分别拍摄了照片。旅行者2号至今仍然是唯一一个两颗行星都接近了的探测器。

※1…天王星和海王星在望远镜中看起来是蓝色的，因此其名称分别取名于希腊神话中的天空之神“乌拉诺斯”和罗马神话中的海神“尼普顿”。天王星和海王星是近代天文学发展后发现的行星，因此声明发现它们的人们提出了各种各样的名称，现在的名称在发现几十年后才最终确定。

▲图2：天王星和海王星为大众所熟悉的图像。由于强调了对比度，所以需要注释说明它们不是原本真实的颜色，但这些信息不知不觉中缺失，导致了两者之间存在巨大的颜色差异的照片最终在大众的心中定型（Credit：Patrick Irwin，University of Oxford）

事实上，旅行者2号拍摄的一张普遍流传的天王星和海王星照片图像，并不能真实反映肉眼看到这两颗行星的“真实颜色”。天文学家们一直都知道，海王星的图像对比度很高，蓝色比实际的要强太多。另一方面，天王星的对比度没有调整太多，所以和海王星相比，它是比较接近真色的。

改变颜色以强调从拍摄图像中获得的信息，这种情况不仅仅在天文学领域，在其他科学研究领域也经常发生，而以海王星为例，它进行了对比度校正，以强调表面的云，风和带状结构，从而产生了比实际更深的蓝色。

经过校正的图像必须有说明其内容的注释，事实上，最初发布的海王星图像中也包含了颜色更改的注释。但是不知从什么时候开始，没有附注的图像被越来越多地刊登出来，最终人们的脑海中形成了“海王星的真正颜色是深蓝色”这样的印象。面向公众的天文网站上也是如此，例如NASA关于海王星的页面将其描述为“Big blue”和“rich blue color”，而没有提及图像校正的事情。

确定天王星和海王星的“真实颜色”

Irwin和他的研究小组尝试输出最接近肉眼所见颜色的天王星和海王星图像。此次研究使用了哈勃太空望远镜的“太空望远镜成像光谱仪”（STIS）和甚大望远镜的“多元光谱探测仪”（MUSE）获取的观测数据。

但是，由于从这些观测数据中获得的颜色（光的波长）混合了多种信息，因此不能直接作为图像输出。此外，眼睛的细胞在不同波长的光中灵敏度差异很大，因此简单计算得到的图像不一定能反映出肉眼看到的真实颜色。

Irwin和他的同事基于2019年研究眼睛细胞如何对光的波长做出反应的研究，自主开发了一种可以忠实地再现行星在人眼中的颜色的模型，并根据旅行者2号和哈勃望远镜的“第三代广域照相机”（WFC3）拍摄的图像适配了颜色。

Irwin和他的同事确定了最接近目视的天王星和海王星的“真实颜色”，都是略带绿色的淡蓝色。与天王星相比，海王星的蓝色稍强，但与一般人所知的深蓝色相去甚远。微小的蓝色差异表明，与天王星相比海王星大气中含有的薄雾层更薄，从更容易进入大气深部的光中吸收红色和绿色波长。薄雾的影响，在此次的模型中也有所体现。

▲图3：将大众熟知的图片与本次研究中所展示的“真实颜色”分别进行了比较，其中海王星尤为明显（Credit：Patrick Irwin，University of Oxford）

从天王星颜色的变化看大气的状态

这次的研究也从侧面解决了人们对天王星和海王星颜色的长期误解，但研究的主题并不是这个。这项研究的主要目的是揭示为什么天王星的颜色在多年来略有变化。

天王星绕太阳旋转大约84年。洛厄尔天文台（美国亚利桑那州）早1950年至2016年获得的天王星蓝色和绿色光的观测数据显示，天王星在几十年逐渐变色。具体来说，天王星在夏至和冬至时期绿色有变浓的倾向，而春分和秋分时期蓝色有变浓的倾向。科学家认为原因可能是天王星自转轴的倾斜。

天王星的自转轴相对于公转面呈98度左右横倒，因此它就像是“滚动”着围绕太阳公转。从地球上观察，在天王星夏至和冬至时期主要能看到极地，而春分和秋分时期主要能看到赤道。天王星的“一年”是地球的84倍，季节也同样持续84倍，因此随着天王星的季节变化可观察到长期的颜色变化。

▲图4：2014年至2022年由哈勃太空望远镜WFC3获取的天王星图像，在本次研究的基础上修正而成。线条表示北纬35度、南纬35度以及赤道的位置。对比2014年观察赤道方向和2022年观察极地的图像，可以发现其颜色不同（Credit：Patrick Irwin，University of Oxford）

Irwin和他的同事通过对比观测数据和模型，成功分离出天王星极地附近和赤道附近各自的颜色，发现与赤道相比，极地有更多的红、绿光反射，看起来相应地带呈绿色。地球上的我们是通过反射光来观察天王星的，天王星的极地在夏至和冬至时期被大量太阳光照射，极地比赤道更绿，这正是夏至和冬至的天王星看起来比春分和秋分时期更绿的原因。

Irwin等人还发现，天王星极地反射更多的红、绿光的原因是极地大气中含有的甲烷（吸收红色和绿色光）只有赤道的一半，低温下成为固体颗粒的甲烷结晶会额外反射红色和绿色光。

由于天王星和海王星在远离太阳的地方公转，其变化会非常缓慢，同时它们距离地球也很远，难以进行详细的观测。这次的研究让我们取得了天王星的极地和赤道的环境差异这一难得的数据，这多亏了多年来的观测数据，也说明了积累长年的基础数据有多么重要吧。

Source

· Patrick G. J. Irwin. “Modelling the seasonal cycle of Uranus’s colour and magnitude, and comparison with Neptune”. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)

· Caroline Wood. “New images reveal what Neptune and Uranus really look like”. (University of Oxford) (EurekAlert!)

责任编辑：甘林

牧夫新媒体编辑部

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这张由韦伯的近红外相机（NIRCam）于2023年2月6日拍摄的天王星的放大图像显示了该行星光环的壮丽景色。这颗行星在这张代表性的彩色图像中呈现为蓝色色调，这张图像是由1.4微米（显示为蓝色）和3.0微米（显示为橙色）的两个滤波器（F140M、F300M）的数据组合而成。
影像来源：NASA, ESA, CSA, STScI. 影像处理：J. DePasquale (STScI)

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