海王星比我们想象的要凉爽：研究揭示了大气温度的意外变化

海王星（英语：Neptune，天文符号： ）是太阳系八大行星之一，也是已知太阳系中离太阳最远的大行星。海王星的轨道半长轴为30.07天文单位，公转周期为164.8年，质量为17.147地球质量（第3位，比它的近邻天王星稍大），半径为3.86地球半径（第4位） 。

海王星的视星等最高约为7.67等，需要借助天文望远镜才能观察 。海王星对肉眼呈蓝色，西方人据此按罗马神话中的海神尼普顿（Neptune）的名字而命名。李善兰等人于1859年翻译《谈天》时，将其中文译文定为海王星。

海王星的大气层的化学组成以氢分子和氦为主。此外，海王星大气中还有微量的甲烷，这是使行星呈蓝色的原因之一。海王星有着强烈的风暴，测量到的风速高达2400km/h。海王星云顶温度是-218摄氏度（55K），比天王星云顶温度稍高。据推测，海王星很可能有一个炽热的内部，其核心的温度约7000 ，和大多数已知的行星相似。海王星的质量稍大于天王星，密度稍大于天王星，而半径稍小于天王星。

海王星在1846年9月23日被发现，是仅有的利用数学预测而非观测意外发现的行星。天文学家利用天王星轨道的摄动推测出海王星的存在与可能的位置。迄今只有美国国家航空航天局的旅行者2号探测器曾经在1989年8月25日飞掠过海王星。

由莱斯特大学的太空科学家领导的新研究揭示了海王星大气中的温度在过去二十年中是如何意外波动的。

该研究发表在《行星科学杂志》上，使用了可见光谱以外的热红外波长的观测，有效地感知了从行星大气散发的热量。

一个国际研究小组，包括来自莱斯特和美国宇航局喷气推进实验室 (JPL) 的科学家，结合了近二十年来从多个天文台收集的所有现有海王星热红外图像。其中包括位于智利的欧洲南方天文台的超大望远镜和双子座南望远镜，以及夏威夷的斯巴鲁望远镜、凯克望远镜和双子座北望远镜，以及来自美国宇航局斯皮策太空望远镜的光谱。

通过分析数据，研究人员能够比以往更全面地揭示海王星温度趋势。

但令研究人员惊讶的是，这些集体数据集显示，自 2003 年可靠的热成像开始以来，海王星的热亮度有所下降，这表明海王星平流层的全球平均温度 - 其活跃天气层上方的大气层 - 已经2003 年至 2018 年期间下降了大约 8 摄氏度（14 华氏度）。

莱斯特大学博士后研究助理、该论文的主要作者迈克尔·罗曼博士说：

“这种变化是出乎意料的。由于我们一直在南夏初观察海王星，我们预计温度会慢慢变暖，而不是变冷。”

海王星有一个轴向倾斜，所以它经历季节，就像地球一样。然而，鉴于它与太阳的距离很远，海王星需要超过 165 年才能完成围绕其主星的轨道，因此它的季节变化缓慢，每个持续超过 40 个地球年。

JPL 高级研究科学家、该研究的合著者 Glenn Orton 博士指出：

“我们的数据涵盖了不到一半的海王星季节，因此没有人期望看到巨大而迅速的变化。”

然而，在海王星的南极，数据揭示了一个不同的、令人惊讶的巨大变化。2019 年 Gemini North 和 2020 年 Subaru 的观测结果显示，海王星的极地平流层在 2018 年至 2020 年期间升温了大约 11 C（~20 F），扭转了之前的全球平均降温趋势。这种极地变暖以前从未在海王星上观察到过。

这些意外的平流层温度变化的原因目前尚不清楚，其结果挑战了科学家对海王星大气变化的理解。

罗曼博士继续说：

“温度变化可能与海王星大气化学的季节性变化有关，这会改变大气冷却的效率。

“但天气模式的随机变化，甚至对 11 年太阳活动周期的反应也可能产生影响。”

11 年的太阳周期（以太阳活动和太阳黑子的周期性变化为标志）此前曾被认为会影响海王星的可见亮度，而新的研究揭示了太阳活动、平流层温度和海王星上看到的明亮云层的数量。

需要对温度和云模式进行后续观察，以进一步评估未来几年可能存在的联系。

这些谜团以及更多谜团的答案将来自詹姆斯韦伯太空望远镜 (JWST)，该望远镜将在今年晚些时候观测冰巨星天王星和海王星。

莱斯特大学行星科学教授 Leigh Fletcher 将在 JWST 仪器套件的分配时间内领导此类观测。弗莱彻教授也是这项研究的合著者，他说：

“太空望远镜的中红外仪器 MIRI 的高灵敏度将提供前所未有的海王星大气化学和温度的新地图，有助于更好地识别这些近期变化的性质。”

这项研究由欧洲研究委员会授予莱斯特大学的资助，称为 GIANTCLIMES。该项目之前已经发现了气态巨行星木星和土星上大气温度和云层的长期变化，并提供了天王星平流层温度的第一张地图。GIANTCLIMES 为未来几年 JWST 在所有四颗巨行星上的新发现铺平了道路。