哈勃望远镜和新地平线号冥王星探测器联合来成像天王星

By Robert Lea

published 5 minutes ago

Uranus

这项调查显示来直接的成像太阳系以外的更多行星需要的。

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左：由哈勃太空望远镜看到的天王星。右图：由新地平线号冥王星探测器看到的冰巨星。(Image credit: NASA, ESA, STScI, Samantha Hasler (MIT), Amy Simon (NASA-GSFC), New Horizons Planetary Science Theme Team)

美国国家航空航天局的两艘航天器已经联手来捕获天王星的直接图像。

哈勃太空望远镜和新地平线号冥王星探测器形成了一个酷的来调查这颗距离太阳第七颗神秘行星的吊牌小组。

由这两台仪器捕捉到的太阳系中最冷的世界天王星的观望是截然不同的而且被从不同的角度拍摄。哈勃以高分辨率研究了这颗冰巨星，而新地平线号看到了它为一个模糊的“斑点”。这实际上给天文学家一个这颗冰巨人的新观望，哈勃观测着天王星大气层正在做的而新地平线号也观测着，提供重要的额外背景。

尽管天文学家有很多的关于天王星的问题，但与我们太阳系以外的系外行星相比天王星被较好研究。希望是这种观察天王星的新方法可以为天文学家当用未来的望远镜直接成像系外行星时应该期待的解锁一个强大的新指南，某些臭名昭著棘手的问题。

麻省理工学院（MIT）的新地平线号科学团队合作者哈斯勒（Samantha Hasler）在一份声明中说，“虽然我们预计天王星在每个观测过滤器中不同的出现，但我们发现天王星实际上比从不同角度拍摄的新地平线号数据预测的更暗”。

为什么直接的成像系外行星？

自20世纪90年代发现第一颗系外行星以来，天文学家已经发现了6000多颗这样的世界，还有数千颗被探测到但仍在等待确认。

其中大多数已经被通过当它们穿过或“过境”它们的母恒星表面时造成的星光中的下降检测和研究。没有几个当它们引力上“拉扯”在它们环绕恒星上造成它的运动中一个微小的“摆动”时被探测到和研究。实际上没有几个系外行星已经被直接成像。

这是因为甚至对太阳系是距离最近的系外行星比邻星b是一个高达四光年远。这大约是地球和天王星之间距离的13840倍。这意味着甚至当天文学家确实设法来直接成像一个系外行星——通常当它们只是部分它们的恒星照亮时——它出现小的就像一个微小的斑点一样。

直接成像系外行星是愿望的，因为它能揭示它们是否能够支持生命或不能。它还揭示与太阳系行星的相似性，这帮助天文学家更好了解行星如何形成。

这就是天王星进来的地方。

（左）哈勃望远镜看到的天王星和（右）新地平线号看到的天王星。每张图像上方都是从两艘航天器看到的冰巨星的方向可视化。(Image credit: NASA, ESA, STScI, Samantha Hasler (MIT), Amy Simon (NASA-GSFC), New Horizons Planetary Science Theme Team)

天王星对系外行星是好的代理原因有几个。例如，许多已知的系外行星都是有与天王星相似成分的气体巨星。此外，新地平线号能够在从航天器到天王星距离约65亿英里（105亿公里）远时检查天王星，允许它的多光谱可见光成像相机来捕捉该行星所谓的“黄昏新月”，这对调查系外行星也是有用的。

当“新地平线”号进行它的远距离观测时哈勃望远镜在围绕我们的家园行星的低地球轨道中距离天王星只有17亿英里（27亿公里）远。这意味着1990年发射的长期服役的太空望远镜能够来辨别天王星面向太阳的“日侧”的大气层特征，发现天王星的云和风暴。

哈斯勒继续说道，“天王星在新地平线号观测中出现就像一个小点一样，类似于从詹姆斯·韦伯太空望远镜或地面天文台等观测站直接成像的系外行星上看到的点。哈勃为用新地平线号观测大气层正在做什么时提供背景” 。

美国宇航局未来的太空望远镜没有阴天

研究人员热衷于回答的关于系外行星的问题之一是它们是否有类似于太阳系行星的云，特别是气体和冰巨星。

在太阳系中，气态巨行星木星和土星以及冰巨星天王星和海王星都有动态的大气层，云层不断变化。不过，我们不知道是否系外行星气态巨行星也有类似的条件。

该团队用哈勃望远镜收集的天王星云层的细节来验证2006年发射于2015年取得了对冥王星的近距离飞越的新地平线号航天器的。这揭示亮度并没有随行星的旋转变化，这向团队表明天王星的云特征没有因为行星的旋转改变。

詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到的天王星。(Image credit: NASA, ESA, CSA, STScI)

新地平线号从一个与哈勃不同的角度的观测也表明了当行星被它们的恒星部分照亮时用于拍摄系外行星的环境比它们能被预测的更暗。从观测结果似乎被行星大气层反射的光在它们被部分照亮期间是不同的。

西南研究所的新地平线号首席研究员斯特恩（Alan Stern）在声明中说，“这些从任何其他手段都不能观测到的有利位置的有里程碑意义的新地平线号对天王星的研究添加到该使命的新科学知识宝库，并且像在该使命中获得的许多其他数据集一样对我们的太阳系世界产生一个令人惊讶的新见解”。

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该团队的研究可能帮助告知由美国宇航局下一代主要太空望远镜南希·格雷斯·罗曼太空望远镜（简称罗曼）进行的系外行星研究信息。罗曼将于2027年发射，它将用一种名为日冕仪的设备来阻挡来自系外行星环绕的恒星的光线，以获得更好的这些世界的观望。

在未来，目前正处于初步规划阶段的美国宇航局的宜居世界天文台将变成第一台专门被设计来狩猎地球一样岩石行星周围生物签名的太空望远镜。

哈斯勒总结道，“研究像天王星等出现在远距离成像中的已知基准能帮助当为未来的任务做准备时我们有更强烈的期望，这对我们的成功是至关重要的”。

该团队的研究结果于本周在10月6日至10月10日在爱达荷州博伊西举行的第56届美国天文学会行星科学部年会上公布。