天王星和海王星的真实样子

几十年来，拍摄的海王星图像看起来都呈深蓝色，而天王星看起来则更绿。然而，这两颗冰巨星实际上可能比天文学家之前认为的更相似。根据 1 月 5 日发表在《皇家天文学会月刊》上的一项研究，我们太阳系最远行星的真实颜色可能都是类似的淡蓝绿色。

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图像与现实

美国宇航局的“旅行者 2 号”任务至今仍是唯一一次由航天器飞越这两颗冰巨星的飞行任务。它为我们提供了这些遥远行星的首批详细图像。“旅行者 2 号”于 1986 年飞越天王星，图像显示这颗行星的颜色更淡青色或蓝色。该船于 1989 年飞越海王星，图像显示这颗行星的颜色为浓郁的蓝色。

然而，天文学家早就知道，这两颗行星的大多数现代图像都不能准确反映它们的真实颜色。航海者 2 号以不同的颜色拍摄了每颗行星的图像，然后将这些单色图像组合在一起，形成合成图像。这些合成图像并不总是准确平衡的，尤其是海王星，人们认为它看起来太蓝了。早期航海者号拍摄的海王星图像的对比度也得到了极大增强，以更好地显示行星的云层和风。

“尽管人们所熟知的旅行者 2 号天王星照片以更接近‘真实’颜色的形式发布，但海王星的照片实际上被拉伸和增强了，因此被人为地弄得过蓝，”这项研究的共同作者、牛津大学天文学家帕特里克·欧文在一份声明中说。“尽管当时行星科学家知道这种人为饱和的颜色——而且图片发布时还附有说明文字——但随着时间的推移，这种区别已经消失了。”

创建更准确的视图

在新的研究中，研究小组应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元光谱探测器（MUSE）获取的数据。

借助 STIS 和 MUSE，每个像素都是一个连续的颜色光谱，因此可以更清晰地处理它们的观测结果，以确定行星的更准确颜色，而不是通过过滤器看到的颜色。

研究小组利用这些数据重新平衡了旅行者 2 号机载相机和哈勃望远镜第三代广角相机拍摄的复合彩色图像。重新平衡后发现，天王星和海王星实际上都是类似的淡蓝绿色。海王星略带蓝色，模型显示这是该星球上的一层薄薄的雾霾。

天王星的颜色变化

这项研究还为天王星在 84 年的绕日轨道运行期间为何颜色会略有变化提供了一个可能的答案。研究小组首先将天王星的图像与亚利桑那州洛厄尔天文台在 1950 年至 2016 年期间在蓝色和绿色波长下拍摄的亮度测量值进行了比较。这些测量结果表明，在夏至和冬至期间，当天王星的两极指向太阳时，天王星看起来会稍微绿一些。然而，在春分期间——当太阳位于天王星赤道上方时——天王星看起来会呈现出更蓝的色调。

造成这种变化的一个已确定的原因是天王星的极不寻常的自转。这颗行星在轨道上几乎侧身旋转，因此在至日期间，它的北极和南极几乎直接指向太阳和地球。作者称，天王星两极反射率的任何变化都会对从地球上看这颗行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以及为何不同。该团队开发了一个模型来比较天王星极地和赤道地区的色带。

他们发现，极地地区对绿色和红色波长的反射比对蓝色波长的反射更强。天王星对这些波长的反射更强，部分原因是甲烷气体吸收了红色，而天王星两极附近的甲烷含量大约是赤道附近的一半。

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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变量，即逐渐变厚的冰雾“罩”，这种雾在天王星从春分点移动到夏至点时曾被观测到。他们认为，这种雾很可能是由甲烷冰颗粒组成的。

在模型中模拟这次极移后，冰粒子进一步增加了该行星两极对绿色和红色波长的反射，这解释了由于两极甲烷较少和甲烷冰粒子厚度增加，天王星在至日时看起来更绿。

天文学研究大学协会的海蒂·哈默尔 (Heidi Hammel) 在一份声明中表示：“几十年来，人们对海王星颜色的误解以及天王星不寻常的颜色变化一直困扰着我们。这项全面的研究最终应该可以解决这两个问题。”哈默尔不是这项新研究的作者。

填补公众对海王星的认知与其现实之间的差距，表明可以如何操纵数据来展示行星的某些特征或增强可视化效果。

“我们从未试图欺骗，”这项研究的共同作者、莱斯特大学的行星科学家利·弗莱彻告诉《纽约时报》 。“但我们试图通过让这些图像看起来赏心悦目来讲述一个故事，这样人们就可以以一种比远处模糊、灰色、无定形的斑点更有意义的方式欣赏这些美丽的景色。”