為何海王星比天王星更藍?科學家找到原因

【2022年06月07日訊】(記者張雨霏編譯報導)天王星海王星太陽系最外側的兩顆行星,它們的大小、質量、大氣層的氣體組成以及溫度都極為相似。此外,兩顆行星都呈現藍色,但海王星外觀比天王星還要更藍,近日一個國際研究小組揭開了兩者顏色差異的原因。

天王星海王星太陽系內最遠的行星,它們是太陽系外圍的哨兵,都圍繞太陽公轉,但海王星的質量比天王星稍大。這兩顆冰巨行星都呈現藍色,是因為它們的大氣中都含有少量的甲烷。正是這些甲烷賦予了這些行星偏藍的顏色,因為甲烷會反射藍光。

當來自太陽的光線(由光譜中的所有顏色組成)照射到這些行星上時,甲烷吸收了一些較紅的顏色,而藍色的波長則被反射出去,使得它們呈現藍色,而且是朦朧的。但在可見光下(我們人類看到的),海王星的藍色比天王星更強烈。

近日,由牛津大學行星物理學教授帕特里克‧歐文(Patrick Irwin)領導的研究小組對這兩顆行星顏色不一樣的原因展開了調查,該團隊結合哈伯太空望遠鏡、NASA的紅外線望遠鏡以及北雙子望遠鏡的觀測數據,開發出一個關於這兩顆行星的大氣模型,結果發現它們的大氣層中有三層不同高度的氣溶膠,這是導致兩者顏色不同的原因之一。

(International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA, J. da Silva/NASA /JPL-Caltech /B. Jónsson)

「這是第一個同時擬合從紫外到近紅外波長的反射太陽光觀測的模型」,該研究報告的主要作者歐文解釋說,「這也是第一個解釋天王星和海王星可見顏色差異的模型。」

研究人員表示,他們發現天王星上的大氣中間一層霧霾顆粒層的溫度在甲烷凝結水平之上,其霧霾顆粒比海王星上的霧霾顆粒更厚,這影響了這兩顆行星的可見顏色。

研究小組認為,這兩顆行星的大氣都是由氫、氦和甲烷組成,平常甲烷冰會在行星的中間層凝結成甲烷雪。而海王星的大氣層和天王星相比則更活躍,可以更有效地將氣態甲烷攪動到霧霾層。在霧霾層裡,氣態甲烷可以凝結在霧霾顆粒上,進而產生甲烷凝結雪。這種劇烈的活動會使海王星的霧霾層變薄,從而使它看起來更深藍;而天王星的大氣層則被描述為相對更「平靜」,所以它建立了一個更厚的層,使它有一個更漂白的、顏色偏淡的外觀。

「我們希望開發這個模型能幫助我們了解冰巨行星大氣中的雲和霧霾」,加州大學伯克利分校的天文學家、該研究報告共同作者邁克‧黃(Mike Wong)說,「解釋天王星和海王星之間的顏色差異則是一個意外的收穫!」

該研究成果近期發表在《地球物理學研究雜誌-行星》(Journal of Geophysical Research: Planets)上。

責任編輯:韓玉#

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