拿天王星作实验品，他们有了新发现
拿天王星作实验品，他们有了新发现
天文学家通过比较哈勃太空望远镜和新视野号探测器拍摄的天王星图像，获得的新发现将为未来系外行星直接成像观测提供参考数据。
在一项新的研究中，天文学家将美国宇航局（NASA）/欧空局（ESA）哈勃太空望远镜拍摄的高分辨率天王星图像，与美国航天局（NASA）“新视野”号探测器从更远距离拍摄的图像进行了比较。他们的研究成果可作为实况数据基础，为未来观测到的系外行星直接成像数据的解释提供有力支持。
在这张图片中，天王星的两个三维模型(上方)与哈勃太空望远镜(左下)和”新视野”号探测器(右下)的实际拍摄的视图进行了比较。图源：NASA/ESA等。
系外行星的直接成像技术是了解它们潜在宜居性的关键技术，同时也为我们了解太阳系的起源和形成提供了新的线索。天文学家利用直接成像和光谱分析技术来收集被观测行星的光，并比较其在不同波长下的亮度。然而，由于系外行星距离我们非常遥远，对它们进行成像确实是一个技术上极具挑战性的过程。它们的图像仅仅是微小的光点，并不能像我们太阳系内行星的特写图像一样具有更多的细节。天文学家也只能拍摄系外行星的“部分相位”，即从地球上看，行星只有部分区域被其恒星照亮。
因此，基于几个方面的原因，天王星成为了测试并理解未来其他望远镜对遥远系外行星进行观测的理想对象。首先，许多已知的系外行星在性质上也是类似天王星的气态巨行星。此外，在观测期间，“新视野”号探测器位于距离天王星105亿公里（即65亿英里）的远端，这使得人们可以通过它研究天王星的“黄昏月牙状特征”（twilight crescent）——这是在地球上无法做到的。在如此遥远的距离上，“新视野”号探测器所搭载的多光谱可见成像相机（Multispectral Visible Imaging Camera）所拍摄到的天王星图像，仅仅呈现出几个像素点。
另一方面，在距离天王星27亿公里(17亿英里)的近地轨道上，高分辨率的哈勃太空望远镜能够观测到这颗气态行星向阳面世界的大气特征，如云层和风暴等。
麻省理工学院的天文学家萨曼莎·哈斯勒指出:“尽管我们已经预料到天王星在不同滤镜下的表现会有所差异，但通过对‘新视野’号探测器从不同视角捕捉到的天王星数据进行分析，我们发现天王星的实际亮度比预期的更为暗淡。”
我们太阳系中的气态巨行星拥有动态多变的大气层和不断变化的云层覆盖，这种现象在系外行星中是否也是普遍存在的？通过深入分析哈勃太空望远镜观测到的天王星云层的具体特征，研究人员得以验证从“新视野”号探测器数据中解读的信息。就天王星而言，哈勃太空望远镜和“新视野”号探测器均发现，随着行星的自转，其亮度并未发生变化，这意味着云层的特征并未随行星自转而产生显著变化。
“新视野”号探测器的重要性在于，它能够观测到行星在不同相位角下反射光的情况，这是哈勃望远镜或地球附近的其他天文台所无法做到的。根据“新视野”号的数据，系外行星在部分相位角和高相位角时可能比预期更暗，且在部分相位时，其大气层反射光的方式也有所不同。这意味着，当我们从地球或其他近地观测设施观测系外行星时，它们的亮度和反射特性可能与我们根据太阳系内行星的经验所预测的不同。这一发现对未来观测和研究系外行星，特别是那些可能具有潜在宜居性的行星，具有深远的影响。
图像来源：NASA
哈斯勒博士表示：“美国宇航局计划于2027年发射的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜（Nancy Grace Roman Space Telescope），将采用日冕仪遮挡恒星光线，实现对气态巨行星的直接观测。”
“此外，美国宇航局的宜居世界天文台（HWO）目前仍处于早期规划阶段，它将是首台专门设计用于搜寻绕其他恒星运行、且与地球大小相近的岩石行星大气层中生物特征的天文望远镜。”
“研究天王星等已知基准天体在远距离成像中的表现，对我们为未来的任务制定稳健的预期至关重要，这将有助于确保我们的成功。”
本周，科学家们在美国天文学会行星科学分会（DPS）第56届年会上展示了这些研究成果。