星空有约丨太阳系“双胞胎”的“颜色奥秘”

在太阳系中，有一对色泽美丽的行星，它们的许多数据都十分接近，主要成分基本相同，因此被称为太阳系的“双胞胎”，那就是天王星和海王星。

  英国《皇家天文学会月刊》近日发表的一项研究成果向人们揭示了这对行星的“颜色奥秘”。研究发现，天王星随季节变换会呈现不同颜色，它84年围绕太阳公转一圈，夏至和冬至时颜色偏绿，春分和秋分时颜色偏蓝。而其颜色差异与其大气中甲烷的含量相关。

图为美国国家航空和航天局发布的水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星（从上至下）的合成照片。（新华社发）

  “这项研究为人们解释了天王星颜色季节性差异的问题。”清华大学天文系光学工程师王卓骁表示，由于天王星是“躺着”自转，“像是在公转轨道上滚着运行”，于是在春分和秋分时段，天王星的赤道会面向地球，而夏至和冬至则是其极区面向地球。天王星的甲烷含量赤道多、极区少，因甲烷吸收红光和绿光，于是赤道偏蓝，而天王星极区被发现存在甲烷冰晶颗粒，能强烈吸收红光和蓝光，因此极区颜色略显绿色。

  在太阳系中，天王星和海王星都是典型的“冰巨星”。据介绍，不同于地球等岩质行星，也不同于木星、土星等氢和氦占比超过90%的气态巨行星，冰巨星的成分仅包含20%左右的氢和氦，其余多为甲烷、氨和水等无机小分子。冰巨星的“冰”也不仅指水冰，由于在外太阳系缺少太阳热辐射，冰巨星大气中一定比例的氨、二氧化碳、甲烷在季节性变化中也可由气态变为液态和固态，形成干冰、氨冰和甲烷冰等。

  图为北京星空摄影爱好者王亿文2023年9月14日在北京丰台拍摄的天王星。（本人供图）

  这项研究同时指出，美国“旅行者2号”探测器所拍摄的天王星图像颜色接近“真实”，而海王星的颜色则被“人为地调得太蓝”，其实天王星和海王星的颜色差别不大，均为淡淡的蓝绿色，前者因外层包裹的气雾层更厚而颜色略浅。

  “海王星的确比天王星略偏蓝，因为海王星的气溶胶层较薄，光线更易深入海王星大气层内部，使得红光进一步被吸收，偏蓝的光被反射出来。”王卓骁说，这和大海呈现蓝色的基本原理类似，水也能强烈吸收红光。但同时，“人为调色”的情况也确实存在。

  据他介绍，“旅行者2号”1989年飞掠海王星时，研究人员发现其南半球有一块大暗斑，但是对比度较弱，为提升海王星图片的展示度，采取了一定的处理，让大暗斑更显著，随后这张色调严重偏蓝的海王星图片便广为传播。

  图片说明：上图是美国“旅行者2号”探测器拍摄的海王星，下图是哈勃太空望远镜拍摄的海王星。（来源：美国国家航空航天局官方网站）

  “其实，海王星颜色的误区并非今天才被大家了解。过去十几年来，随着业余望远镜的普及，越来越多的人可以利用望远镜观测，亲眼看到天王星和海王星这对太阳系‘双胞胎’的真实样貌。”王卓骁表示。

  此外，天王星为何“躺着”自转，也是个有趣的谜题。王卓骁认为，这可能源于太阳系早期的动力学演化，受大行星之间相互引力拉扯以及受小天体相互碰撞影响所致。