新图像揭示了海王星和天王星的真实面貌

海王星以浓郁的蓝色和天王星的绿色而闻名，但一项新的研究表明，这两颗冰巨星的颜色实际上比通常认为的更接近。这项研究由牛津大学物理系帕特里克·欧文教授领导，已发表在《皇家天文学会月刊》上。

欧文教授和他的团队发现，尽管人们普遍认为海王星是深蓝色而天王星具有淡青色外观，但两颗行星实际上都是相似的蓝绿色。

然而，天文学家早就知道这两颗行星的大多数现代图像并不能准确反映它们的真实颜色。之所以产生这种误解，是因为20世纪期间拍摄到的两颗行星的图像(包括美国宇航局航行者2号任务(唯一飞越这两个星球的航天器)所拍摄的图像)以不同的颜色记录了图像。

单色图像后来被重新组合以创建复合彩色图像，这些图像并不总是能够精确平衡以实现“真实”彩色图像，并且-特别是在海王星的情况下-通常被制作得“太蓝”。此外，航行者2号拍摄的早期海王星图像经过了强烈的对比度增强，以更好地揭示塑造我们现代海王星视角的云、带和风。

欧文教授说：“虽然熟悉的航海者二号天王星图像以更接近‘真实’颜色的形式发布，但海王星的图像实际上被拉伸和增强，因此人为地变得太蓝了。”

尽管当时行星科学家已经知道这种人工饱和的颜色——并且发布的图像还附有说明文字——但随着时间的推移，这种区别已经消失了。将我们的模型应用于原始数据，我们已经能够重建海王星和天王星颜色的迄今为止最准确的表示。

在这项新研究中，研究人员使用了哈勃太空望远镜的太空望远镜成像光谱仪(STIS)和欧洲南方天文台甚大望远镜上的多单位光谱探测器(MUSE)的数据。在这两种仪器中，每个像素都是连续的颜色光谱。这意味着可以明确处理STIS和MUSE观测结果，以确定天王星和海王星的真实表观颜色。

研究人员利用这些数据重新平衡旅行者2号相机以及哈勃太空望远镜的广域相机3(WFC3)记录的合成彩色图像。这表明天王星和海王星实际上是相当相似的绿蓝色。主要区别在于海王星有轻微的额外蓝色，模型显示这是由于该行星上较薄的雾层所致。

这项研究还解答了长期以来的谜团：为什么天王星的颜色在其84年绕太阳公转的过程中略有变化。

作者首先将这颗冰巨星的图像与其亮度测量结果进行比较后得出了结论，这些测量结果是亚利桑那州洛厄尔天文台1950年至2016年在蓝色和绿色波长下记录的。这些测量结果表明，当天王星的一极指向我们的恒星时，天王星在至日(即夏季和冬季)显得更加绿色。但在春分时——当太阳位于赤道上方时——它的色调会稍微偏蓝。

造成这种情况的部分原因是天王星的旋转非常不寻常。它在轨道上几乎在其一侧有效地旋转，这意味着在地球的至日期间，它的北极或南极几乎直接指向太阳和地球。这很重要，因为从我们的星球观看时，极地反射率的任何变化都会对天王星的整体亮度产生重大影响。

天文学家不太清楚的是这种反射率如何或为何不同。这促使研究人员开发了一个模型，将天王星极地区域与其赤道区域的光谱进行比较。

研究发现，极地地区对绿色和红色波长的反射率高于蓝色波长，部分原因是吸收红色光的甲烷在两极附近的含量大约是赤道附近的一半。

然而，这还不足以完全解释颜色的变化，因此研究人员在模型中添加了一个新的变量，即逐渐变厚的冰雾“罩”，这种雾罩之前曾在夏季观测到，阳光照射的极地作为行星从春分到夏至。天文学家认为这很可能是由甲烷冰粒组成的。当在模型中进行模拟时，冰颗粒进一步增加了两极对绿色和红色波长的反射，这解释了为什么天王星在至日时颜色更绿。

欧文教授说：“这是第一项将定量模型与成像数据相匹配的研究，以解释天王星颜色在其轨道上发生变化的原因。通过这种方式，我们证明了天王星在至日时更加绿色，因为极地地区的甲烷丰度减少了，而且明亮散射的甲烷冰颗粒的厚度也增加了。”

天文学研究大学协会(AURA)的海蒂·哈梅尔(HeidiHammel)博士花了数十年时间研究海王星和天王星，但并未参与这项研究，她说：“对海王星颜色的误解，以及海王星不寻常的颜色变化。天王星，已经困扰我们数十年了。这项全面的研究最终应该可以解决这两个问题。”