美国国家航空航天局哈勃望远镜庆祝追踪外行星十年 _美国

据美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心：1989年，美国国家航空航天局的旅行者号任务与海王星相遇，完成了人类对太阳系四颗巨大外行星的首次近距离探索。自1977年发射以来，旅行者1号和旅行者2号宇宙飞船发现木星、土星、天王星和海王星比科学家想象的要复杂得多。还有很多东西要学。
美国国家航空航天局哈勃太空望远镜观测项目OPAL（外行星大气遗产）获得了木星、土星、天王星和海王星的长期基线观测，以了解它们的大气动力学和演变。
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艾米·西蒙说：“旅行者号并没有告诉你全部情况。”她与OPAL一起进行了巨型行星观测。
哈勃望远镜的图像清晰度与旅行者号接近外行星时的图像清晰度相当，哈勃望远镜的波长从紫外光到近红外光。哈勃是唯一一台能够在一致的时间基础上为云着色、活动和大气运动的全球研究提供高空间分辨率和图像稳定性的望远镜，以帮助限制天气和气候系统的潜在机制。

这是美国国家航空航天局哈勃太空望远镜拍摄的太阳系四颗巨大外行星的蒙太奇：木星、土星、天王星和海王星，每颗行星都以增强的颜色显示。这些照片拍摄于2014年至2024年的近10年时间里。这条长基线使天文学家能够追踪每颗行星湍流大气的季节变化，就像20世纪80年代美国国家航空航天局的行星飞越探测器一样敏锐。这些照片是在一个名为OPAL（外行星大气遗产）的项目下拍摄的。图像：美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）、艾米·西蒙（NASA-GSFC）、迈克尔·H·王（加州大学伯克利分校）；图像处理：Joseph DePasquale（STScI）
这四颗外行星都有深大气层，没有固体表面。它们翻腾的大气层有自己独特的天气系统，有些有五颜六色的云带，还有神秘的大风暴，会出现或持续多年。每个外行星也有持续多年的季节。（詹姆斯·韦伯太空望远镜的红外能力将用于探测外行星的大气层，以补充OPAL观测。）
遵循复杂的行为类似于了解多年来地球的动态天气，以及太阳对太阳系天气的影响。这四个遥远的世界也可以作为了解围绕其他恒星运行的类似行星上的天气和气候的代理。
行星科学家意识到，哈勃望远镜的任何一年数据虽然本身很有趣，但并不能说明外行星的全部情况。哈勃的OPAL项目每年都会对距离地球最近的行星进行一次常规观测。
西蒙说：“由于OPAL现在跨越了10年，而且还在不断增加，我们的行星观测数据库正在不断增长。这种寿命不仅允许偶然的发现，还可以跟踪行星绕太阳运行时的长期大气变化。迄今为止，包括OPAL数据的60多篇出版物突显了这些数据的科学价值。” 。
这一回报仍然是一个巨大的数据档案，它带来了一系列非凡的发现，可以与世界各地的行星天文学家分享。西蒙说：“OPAL还与其他地面和天基行星项目对接。其他天文台和太空任务的许多论文都从OPAL中提取了哈勃数据作为背景。” 。
该团队在哈勃OPAL计划下的十年发现将在12月华盛顿特区举行的美国地球物理联合会会议上发表。
一些亮点：
木星

一幅九格拼贴画，显示了哈勃在OPAL（外行星大气遗产）计划下于2015年至2024年拍摄的木星图像，颜色近似真实。OPAL追踪大红斑（GRS）和木星带状云结构随时间的其他显著变化。图像：美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）、艾米·西蒙（NASA-GSFC）、迈克尔·H·王（加州大学伯克利分校）；图像处理：Joseph DePasquale（STScI）
木星的云带呈现出形状和颜色不断变化的万花筒。木星上总是有暴风雨天气：气旋、反气旋、风切变和太阳系中最大的风暴——大红斑（GRS）。木星在数万英里深的大气层顶部覆盖着大量的氨冰晶云。

木星的两个视图展示了哈勃太空望远镜广角相机3（WFC3）科学仪器上的光谱滤光片提供的丰富信息。在左边，RGB合成是使用三个波长与人眼看到的颜色相似的滤镜创建的。在右边，波长范围扩大到可见光范围之外，仅延伸到紫外（UV）和红外区域。人类无法感知这些延伸的波长，但一些动物（如螳螂虾，其眼睛的功能类似于美国国家航空航天局某些任务中的某些传感器）能够检测到红外线和紫外线。结果是一个生动的圆盘，显示吸收紫外线的高耸薄雾呈橙色（在两极和三场大风暴中，包括大红斑），新形成的冰呈白色（赤道以北的密集风暴羽流）。天文学家，包括OPAL团队，使用这些过滤器（以及此处未显示的其他过滤器）来研究云厚度、高度和化学成分的差异。图像：美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）、艾米·西蒙（NASA-GSFC）、迈克尔·H·王（加州大学伯克利分校）；图像处理：Joseph DePasquale（STScI）
哈勃的清晰图像追踪云层，测量风、风暴和漩涡，此外还监测伽马射线暴的大小、形状和行为。哈勃紧随其后的是伽马射线暴不断缩?。?风也在加速。OPAL数据最近测量了神秘的暗椭圆形（仅在紫外线波长下可见）在平流层霾的“极地罩”中出现的频率。与地球不同，木星在其轴线上仅倾斜3度（地球为23.5度）。除了木星在其12年的轨道上与太阳的距离变化约5%外，可能不会出现季节性变化，因此OPAL密切监测大气中的季节性影响。哈勃望远镜的另一个优势是，地面天文台无法连续观测木星两次旋转，因为这加起来需要20个小时。在此期间，地面上的天文台将进入白天，木星要到第二天晚上才能看到。
土星

一组“沃霍尔式”的土星图像描绘了来自多个滤镜的真实数据，这些滤镜映射到人眼可感知的RGB颜色上。每种滤镜组合都强调了云层高度或成分的细微差异。卡西尼号任务的红外光谱表明，土星的气溶胶颗粒可能比木星上的化学多样性更复杂。OPAL项目通过测量云层中的微妙模式如何随时间变化，扩展了卡西尼号的遗产。图像：美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）、艾米·西蒙（NASA-GSFC）、迈克尔·H·王（加州大学伯克利分校）；图像处理：Joseph DePasquale（STScI）
土星绕太阳运行需要29年多的时间，因此OPAL已经跟踪了大约四分之一的土星年（在卡西尼任务结束后于2018年开始）。因为土星倾斜26.7度，它经历了比木星更深刻的季节变化。土星的季节大约持续七年。这也意味着哈勃望远镜可以从近30度的倾斜角度观察壮观的环系统，看到环是边对边倾斜的。边对边，环几乎消失了，因为它们相对薄如纸。这将在2025年再次发生。
OPAL追踪了土星大气层颜色的变化。卡西尼号轨道飞行器首次探测到这种不同的颜色，但哈勃望远镜提供了更长的基线。哈勃望远镜显示，颜色每年都有轻微变化，可能是由云层高度和风引起的。观测到的变化很微妙，因为OPAL只覆盖了土星年的一小部分。当土星进入下一个季节时，会发生重大变化。
土星神秘的暗环辐条横跨环平面，是与环一起旋转的瞬态特征。它们的幽灵般的外观只会持续围绕土星旋转两三圈。在活动期间，新形成的辐条不断添加到图案中。1981年，旅行者2号首次发现了它们。卡西尼号在2017年结束的13年任务中也看到了这些辐条。哈勃表明，辐条幻影的频率是季节性驱动的，首次出现在2021年的OPAL数据中。长期监测表明，轮辐的数量和对比度都随着土星的季节而变化。
天王星
天王星是侧向倾斜的，因此它的自转轴几乎位于行星轨道的平面上。这导致这颗行星沿着它绕太阳84年的旅程经历了剧烈的季节变化。地球倾斜的结果意味着一个半球的一部分在长达42年的时间里完全没有阳光。OPAL已经沿着北极向太阳倾斜。
利用OPAL，哈勃望远镜在春分后首次对天王星进行了成像，当时太阳最后一次直接照射在天王星的赤道上。哈勃望远镜解决了随着夏季接近北极，在中北纬地区出现的甲烷冰晶云的多场风暴。天王星的北极现在有一层增厚的光化学烟雾，在边界边缘附近有几场小风暴。哈勃望远镜一直在追踪北极帽的大?。旮匆荒甑乇涞迷嚼丛搅?。随着2028年夏至北部的临近，帽子可能会变得更加明亮，并将直接对准地球，从而可以很好地看到环和北极。然后，环系统将面对面出现。了解天王星如何随时间变化将有助于美国宇航局提出的天王星轨道器和探测器的任务规划。
海王星
当旅行者2号于1989年飞过海王星时，天文学家对大气中隐约可见的大西洋大小的巨大黑点感到困惑。它像木星的大红斑一样长寿吗？直到1994年哈勃望远镜能够证明这种黑暗风暴是短暂的，在每次持续两到六年的时间里突然出现然后消失，这个问题才得到解答。在OPAL计划期间，哈勃望远镜看到了一个黑点的结束和第二个黑点的完整生命周期——两者都在消散前向赤道迁移。OPAL计划确保天文学家不会错过另一个。
哈勃望远镜的观测揭示了海王星云层丰度变化与11年太阳周期之间的联系。海王星和太阳活动之间的联系令行星科学家感到惊讶，因为海王星是我们太阳系最远的主要行星。它接收的阳光只有地球的1/1000 。然而，海王星的全球多云天气似乎受到太阳活动的影响。地球的季节也起作用吗？
哈勃太空望远镜已经运行了三十多年，并继续取得突破性的发现，这些发现塑造了我们对宇宙的基本理解。哈勃是美国国家航空航天局和欧洲航天局（ESA）之间的国际合作项目。位于马里兰州格林贝尔特的美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心负责管理望远镜和任务操作。总部位于丹佛的洛克希德·马丁航天公司也支持戈达德的任务操作。巴尔的摩的太空望远镜科学研究所由天文学研究大学协会运营，为美国国家航空航天局进行哈勃科学操作。