为什么天王星和海王星颜色不同？

早在 1980 年代后期，航海者 2 号宇宙飞船就访问了天王星和海王星。在飞行过程中，我们第一次看到了这些冰巨人的特写镜头。即便如此，行星科学家也注意到两者之间存在明显的色差。是的，它们都带有蓝色调。但是，如果你仔细观察天王星，你会看到一颗毫无特色的淡蓝色行星。另一方面，海王星拥有有趣的云层、黑带和来来去去的黑点。它们都呈现在深蓝色的背景下。

那么，为什么会有差异？行星科学家长期以来一直怀疑它们的大气中都存在气溶胶（其中悬浮有液体或灰尘的气体液滴）。但是，根据一组研究行星层的科学家的说法，这些气溶胶产生的雾霾可能只是原因的一部分。

天王星和海王星：已知

要了解正在发生的事情，让我们先看看对天王星和海王星的了解。它们被称为“冰巨星”，因为它们的核心含有高比例的氧、碳、氮和硫。这些元素被称为“冰”，因为它们是挥发性化合物，在 100 K 左右冻结。然而，不同颜色的线索存在于行星的大气层。每种都有氢、氦和甲烷作为主要成分。这些气体层是每个行星的“天气”发生的地方。事实证明，你需要在很长一段时间内进行大量的观察——无论是视觉上的还是其他波长的光——来观察这两个世界的天气情况。

天王星和海王星上的浓雾

为什么海王星这么蓝，而天王星不这么蓝？就是阴霾。但是，科学家们需要解释冰巨行星高层大气中雾霾的存在和活动。因此，他们创建了一个模型。这项工作是由英国牛津大学行星物理学教授帕特里克·欧文领导的一个团队完成的。

他们的模型实际上使用了对天王星和海王星多个大气层的观测。欧文在一份新闻稿中解释说：“这是第一个同时适合观测从紫外线到近红外波长的反射太阳光的模型。” 他是一篇论文的主要作者，该论文在即将出版的《地球物理研究杂志：行星》中介绍了该团队的模型。“这也是第一个解释天王星和海王星之间可见颜色差异的方法。”

欧文的团队分析了对两颗行星在紫外、可见光和近红外波长（0.3 到 2.5 微米）的一系列观测结果。数据来自 Gemini North 望远镜（NOIRLab 的一部分）上的近红外积分场光谱仪（NIFS）以及美国宇航局红外望远镜设施的档案数据。来自 NASA/ESA 哈勃太空望远镜的图像和数据也为这项研究做出了贡献。这些数据一起揭示了两种大气中令人惊讶的结构和活动。

蓝色星球大气层内

由此产生的模型揭示了两个看起来非常相似的世界之间的显着差异。如果我们在可见光下观察每颗行星，当然会看到不同深浅的蓝色。红外和其他数据更深入揭示了雾层的细节。该团队的模型显示了大气中不同高度的三层气溶胶。影响颜色的层是中间层，里面有雾霾颗粒，被称为 Aerosol-2 层。两颗行星都有这一层，但它在天王星上看起来比在海王星上要厚。

雾霾对天王星和海王星的影响

让我们看看两颗行星上的雾霾是如何产生的。事实证明，每个行星的过程大致相同。两者都有富含甲烷的外层大气，其在大约 91 K 时结冰。甲烷冰凝结在了上述气溶胶 2 层中的粒子上，这使得大气粒子的质量略大。结果是甲烷“雪”倾泻到下面的层上。实际上，在每种大气的某些水平上，这似乎是一个“持续冬天”的情况。

然而，最后的转折解释了两颗行星之间的颜色差异。海王星拥有活跃、动荡的大气层。这会搅动甲烷“雪”颗粒，并将更多的雪和雾霾送入大气层深处。因此，海王星“自我修饰”，具有较薄的雾层，并保持其漂亮的蓝色。同样的搅动也可以解释这个星球上的黑点。

另一方面，天王星的大气更为缓慢。那里没有那么多的甲烷“雪”搅动，雾霾颗粒也没有被拉下。这意味着雾层持续存在并且更厚，在天王星上提供了较浅的淡蓝色阴影。