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回顧:天王星也有光環,雖暗淡但更加溫暖,與其他行星環有明顯區別

2024-10-24科學

太陽系八大行星,天王星從距離來說排行第七,是一顆通體青色的星球,同時它也是人類第一顆用望遠鏡發現的行星。

但是在此前的很長一段時間裏,人們其實早就看到過天王星,只不過將它錯誤的當成了一顆普通恒星。

在古代人們的認知中,只知道水星、金星、火星、木星、土星五大行星,雖然能看到天王星,但是由於其亮度較暗,繞行速度也很慢,所以並不知道它也是一顆行星。

1781年3月13日,英國天文學家威廉·赫歇爾觀測到了天王星,並且將他的推測通知了皇家天文學家的尼維利·馬斯基林, 人們才開始懷疑天王星是一顆行星,就這樣天王星才走進了人類的視野中。

天王星的名字取自希臘神話中的天空之神,象征著它在宇宙中的獨特地位。它是一顆巨大的冰質行星,位於太陽系的寒冷外圍邊緣,平均距離太陽約29億公裏。

天王星的大氣層非常厚重,可以分為幾個不同的層次。 最外層的大氣主要由氫氣和氦氣組成,這些輕質氣體構成了天王星的外殼,接下來是水、氨和甲烷等冰晶構成的雲層。

令人驚奇的是,天王星的軌域呈現出一種罕見的傾斜狀態,使其成為了太陽系內唯一一顆側向旋轉的行星,其北極和南極幾乎平行於其軌域平面,這在太陽系中是絕無僅有的現象。

這種奇特的軌域特性使得天王星的季節更替呈現出極端的變化。 它的北極在一段時間內經歷了陽光的直射,而在接下來的時期則會面臨長時間的極夜。

2015年,英國【每日郵報】的一篇報道,更是引發了科學家們探索的腳步,報道指出根據研究表明,天王星上或覆蓋有大片液態鉆石海,海面上也有體積龐大的固體鉆石。

這一發現讓天王星成了一個寶藏星球,有人猜測天王星是青色的原因就是因為這些鉆石的存在, 但其實不是,青色只是因為天王星表層有大量的甲烷氣體。

甲烷能夠吸收紅光並散射藍光,從而賦予天王星這一特殊的色彩。天王星大氣中還存在淡淡的紫色條紋和暗斑點,這些顏色的變化也可能與大氣中的甲烷和其他氮氣含量有關。

但是當人們都一股腦研究天王星的性質時,其實忽略了一個點,那就是天王星的光環,在它的發現者赫歇爾的記載中,他覺得天王星有一個環。

可這並沒有引起重視,在此後將近兩個世紀的時間裏,雖然有無數科學家對天王星金星研究,但是天王星的環卻很少被提及。

直到1986年,航海者2號太空探測器近距離飛越該行星,才最終確認了它們的存在,這是由於天王星遠離地球,其13個已知的星環和27顆衛星長期以來一直難以被觀測。

在這之前,人們發現的行星中,只有土星具有光環,天王星光環是太陽系內被發現的第二個環系統,而且看起來十分與眾不同,挑戰了人類對行星共性的傳統認識,引發了科學家們對行星環起源和演化的深入研究。

天王星的環系統與其他行星的環有著顯著的區別。其環系相對較暗且由冰粒構成,整個環系統由內環和外環組成,其中包含了ε環等多個已知的環。

凱克天文台的近紅外成像,進一步揭示了天王星環的一些獨特特性。

發現天王星環的顏色偏暗,類似於木炭,這與土星環的亮度形成了鮮明對比。 此外,環的寬度也很窄,最寬的ε環也不過從20公裏到100公裏不等,遠不及土星環的寬度。

這些環之間的間隔明顯,且存在許多空白區域,這與土星環的緊密結構也不一樣。此外,天王星的環層結構復雜,大小不一,這可能與碎裂的衛星或高速碰撞有關。

天王星的光環在可見光或可見光範圍內以及近紅外波段反射了少量光線,這使得它們在智利高沙漠地區兩架大型望遠鏡拍攝到的新熱影像中顯得異常明亮。

在科學界中,主要有三種行星環形成理論:一是行星形成初期就存在的物質團塊,二是衛星被撞擊後的碎屑,三是小行星被潮汐力撕碎後的產物。

天王星環的成分及結構分析支持了後兩種理論的可能性,而且與其他行星的環相比,天王星的環展現出獨特的特征。

土星的環規模宏大,易於觀測和研究;海王星的環主要由塵埃構成;而木星的環則是由細小粒子組成。天王星的環在這些方面表現出明顯的不同,尤其是在分子級別的細節和相互聯系上,目前尚不明確。

現代觀測技術已經取得了顯著進步,但天王星環仍充滿未解之謎。環中塵埃顆粒的來源尚未完全明確,環內石塊的最大尺寸僅為高爾夫球大小,而且沒有更小尺寸的粒子。

這些觀測結果表明,可能存在某種機制將這些小顆粒清除出去,或者它們已經與較大的石塊混合在一起。

而且盡管天王星的環系統處於極端寒冷的宇宙環境中,其溫度卻相對較高,達到零下195攝氏度。 這種相對溫暖的環溫現象在天王星這樣冰冷的行星上顯得尤為奇特,其原因至今仍然不明。

天王星環雖然不如土星環那樣壯觀,但它們獨特的物理特性和神秘的起源使其成為天文學研究的重要物件。

而且天王星環相當年輕,圓環之間的空隙和渾濁度具有差異,這證明它們並不是和天王星同時形成的,因此具有很大的研究空間。

透過對天王星環的研究,我們可以更好地了解行星系統的演化過程,以及宇宙中類似環境下的其他潛在行星系統。

在未來,隨著科技的不斷進步,相信我們將會有更多的機會深入了解天王星,揭開它那神秘的面紗。