太陽系“雙胞胎”的“顏色奧秘”

在太陽系中，有一對(duì)色澤美麗的行星，它們的許多數(shù)據(jù)都十分接近，主要成分基本相同，因此被稱為太陽系的“雙胞胎”，那就是天王星和海王星。

英國《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》近日發(fā)表的一項(xiàng)研究成果向人們揭示了這對(duì)行星的“顏色奧秘”。研究發(fā)現(xiàn)，天王星隨季節(jié)變換會(huì)呈現(xiàn)不同顏色，它84年圍繞太陽公轉(zhuǎn)一圈，夏至和冬至?xí)r顏色偏綠，春分和秋分時(shí)顏色偏藍(lán)。而其顏色差異與其大氣中甲烷的含量相關(guān)。

圖為美國國家航空和航天局發(fā)布的水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星（從上至下）的合成照片。（新華社發(fā)）

“這項(xiàng)研究為人們解釋了天王星顏色季節(jié)性差異的問題。”清華大學(xué)天文系光學(xué)工程師王卓驍表示，由于天王星是“躺著”自轉(zhuǎn)，“像是在公轉(zhuǎn)軌道上滾著運(yùn)行”，于是在春分和秋分時(shí)段，天王星的赤道會(huì)面向地球，而夏至和冬至則是其極區(qū)面向地球。天王星的甲烷含量赤道多、極區(qū)少，因甲烷吸收紅光和綠光，于是赤道偏藍(lán)，而天王星極區(qū)被發(fā)現(xiàn)存在甲烷冰晶顆粒，能強(qiáng)烈吸收紅光和藍(lán)光，因此極區(qū)顏色略顯綠色。

在太陽系中，天王星和海王星都是典型的“冰巨星”。據(jù)介紹，不同于地球等巖質(zhì)行星，也不同于木星、土星等氫和氦占比超過90%的氣態(tài)巨行星，冰巨星的成分僅包含20%左右的氫和氦，其余多為甲烷、氨和水等無機(jī)小分子。冰巨星的“冰”也不僅指水冰，由于在外太陽系缺少太陽熱輻射，冰巨星大氣中一定比例的氨、二氧化碳、甲烷在季節(jié)性變化中也可由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)和固態(tài)，形成干冰、氨冰和甲烷冰等。

圖為北京星空攝影愛好者王億文2023年9月14日在北京豐臺(tái)拍攝的天王星。（本人供圖）

這項(xiàng)研究同時(shí)指出，美國“旅行者2號(hào)”探測(cè)器所拍攝的天王星圖像顏色接近“真實(shí)”，而海王星的顏色則被“人為地調(diào)得太藍(lán)”，其實(shí)天王星和海王星的顏色差別不大，均為淡淡的藍(lán)綠色，前者因外層包裹的氣霧層更厚而顏色略淺。

“海王星的確比天王星略偏藍(lán)，因?yàn)楹Ｍ跣堑臍馊苣z層較薄，光線更易深入海王星大氣層內(nèi)部，使得紅光進(jìn)一步被吸收，偏藍(lán)的光被反射出來。”王卓驍說，這和大海呈現(xiàn)藍(lán)色的基本原理類似，水也能強(qiáng)烈吸收紅光。但同時(shí)，“人為調(diào)色”的情況也確實(shí)存在。

據(jù)他介紹，“旅行者2號(hào)”1989年飛掠海王星時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)其南半球有一塊大暗斑，但是對(duì)比度較弱，為提升海王星圖片的展示度，采取了一定的處理，讓大暗斑更顯著，隨后這張色調(diào)嚴(yán)重偏藍(lán)的海王星圖片便廣為傳播。

圖片說明：上圖是美國“旅行者2號(hào)”探測(cè)器拍攝的海王星，下圖是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的海王星。（來源：美國國家航空航天局官方網(wǎng)站）

“其實(shí)，海王星顏色的誤區(qū)并非今天才被大家了解。過去十幾年來，隨著業(yè)余望遠(yuǎn)鏡的普及，越來越多的人可以利用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)，親眼看到天王星和海王星這對(duì)太陽系‘雙胞胎’的真實(shí)樣貌?！蓖踝框敱硎?。

此外，天王星為何“躺著”自轉(zhuǎn)，也是個(gè)有趣的謎題。王卓驍認(rèn)為，這可能源于太陽系早期的動(dòng)力學(xué)演化，受大行星之間相互引力拉扯以及受小天體相互碰撞影響所致。（記者魏夢(mèng)佳）