美国国家航空航天局和牛津大学发现比以前想象的更温暖的天王星 _美国

据美国国家航空航天局：关键点
1.木星、土星和海王星各自释放的能量都比从太阳接收的能量多，这意味着它们的内部相对温暖。2.1986年，美国国家航空航天局与旅行者2号飞越天王星，发现这颗行星比预期的要冷，这对行星如何形成和演化的想法提出了挑战。3.然而，通过先进的计算机建模和对旧数据的新观察，科学家们认为地球实际上可能比以前预期的要暖和。
几千年来，天文学家一直认为天王星只不过是一颗遥远的恒星。直到18世纪末，天王星才被普遍认为是一颗行星。直到今天，这个环状的蓝色世界仍然颠覆了科学家的预期，但美国国家航空航天局的新研究有助于解开这个世界的一些谜团。

这张放大的天王星图像是由美国国家航空航天局詹姆斯·韦伯太空望远镜上的近红外相机于2023年2月6日拍摄的，展示了天王星环的壮丽景色。图像：美国国家航空航天局、欧洲航天局、加拿大航天局、STScI
天王星不同于我们太阳系中的任何其他行星。天王星是侧向旋转的，这意味着每个极点都直接面向太阳，持续42年的“夏天” 。天王星也与除金星外的所有行星的旋转方向相反。1986年美国国家航空航天局旅行者2号飞越天王星的数据也表明，这颗行星内部异常寒冷，这促使科学家重新考虑行星在整个太阳系中如何形成和演化的基本理论。
美国国家航空航天局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的行星科学家艾米·西蒙说：“自从旅行者2号飞越以来，每个人都说天王星没有内部热量。” 。“但很难解释为什么会这样，尤其是与其他巨型行星相比。”
这些天王星的预测仅来自旅行者2号对天王星散发热量的一次近距离测量：“一切都取决于这一个数据点，”西蒙说。“这是问题的一部分。”
现在，西蒙和一组科学家使用先进的计算机建模技术并重新审视了几十年的数据，发现天王星确实会产生一些热量，正如他们在5月16日的《皇家天文学会月刊》杂志上报道的那样。
行星的内部热量可以通过比较它从太阳接收的能量与它以反射光和发射热的形式释放到太空中的能量来计算。太阳系的其他巨型行星——土星、木星和海王星——释放的热量比它们接收的热量多，这意味着额外的热量来自内部，其中大部分是45亿年前形成行星的高能过程留下的。一颗行星散发的热量可能表明其年龄：相对于从太阳吸收的热量，释放的热量越少，行星就越古老。
天王星从其他行星中脱颖而出，因为它似乎散发出的热量与接收到的热量一样多，这意味着它没有自己的热量。这让科学家们感到困惑。一些人猜测，这颗行星可能比其他所有行星都古老得多，并且已经完全冷却。其他人则提出，一次巨大的碰撞——也就是可能将天王星撞向一边的那次碰撞——将天王星的所有热量都吹走了。但这些假设都没有让科学家们满意，促使他们解决天王星的冷案例。
“我们想，‘天王星真的没有内部热量吗？’”该论文的主要作者、英国牛津大学行星物理学教授帕特里克·欧文说。“我们做了很多计算，看看天王星反射了多少阳光，我们意识到它实际上比人们估计的更具反射性。”
研究人员着手确定天王星的全部能量预算：它从太阳接收了多少能量，反射了多少阳光，散发了多少热量。为了做到这一点，他们需要估计从行星上所有角度反射的光线总量。西蒙说：“你需要看到散射到侧面的光，而不仅仅是直接射向你的光。” 。
为了获得迄今为止对天王星能量预算的最准确估计，牛津大学的研究人员开发了一个计算机模型，该模型汇集了数十年来地面和太空望远镜（包括美国宇航局的哈勃太空望远镜和美国宇航局在夏威夷的红外望远镜设施）观测到的天王星大气的所有信息。该模型包括有关地球雾霾、云层和季节变化的信息，所有这些都会影响阳光的反射方式和热量的逃逸方式。

这些由美国国家航空航天局哈勃太空望远镜拍摄的天王星并排图像显示了天王星反射率的季节性变化。左图显示了这颗行星在北春分七年后，当时太阳正照耀在赤道上方。第二张照片拍摄于地球夏至前六年，描绘了一个明亮而巨大的北极帽。来源：美国国家航空航天局、欧洲航天局、STScI、A.Simon（NASA-GSFC）、M.H.Wong（加州大学伯克利分校）、J.DePasquale（STScI）
研究人员发现，天王星释放的能量比从太阳接收的能量多出约15%，这一数字与7月14日发表在《地球物理研究快报》上的另一项由美国国家航空航天局部分资助的独立研究的最新估计相似。这些研究表明，天王星有自己的热量，尽管仍然远低于它的邻居海王星，海王星发出的能量是它所接收能量的两倍多。
西蒙说：“现在我们必须了解天王星的剩余热量意味着什么，并对其进行更好的测量。” 。
解开天王星的过去不仅有助于绘制太阳系行星形成和迁移到当前轨道的时间线，还有助于科学家更好地了解太阳系外发现的许多行星，称为系外行星，其中大多数与天王星大小相同。
作者：艾玛·弗里德曼美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心，马里兰州格林贝尔特。