哈勃望遠鏡為天王星的大氣成分和動力學提供了新的線索

哈勃對天王星進行了 20 年的研究，為了解這顆遙遠的冰巨星的大氣動力學提供了寶貴的數據，它可以作為研究具有相似大小和成分的系外行星的代理。

圖像欄顯示了哈勃 STIS 儀器在 20 年期間觀測天王星的四年內天王星的變化。在那段時間裡，天文學家觀察了天王星的季節變化，南極地區（左）變暗，進入冬季陰影，而北極地區（右）隨著北方夏季的臨近而開始變得更加明亮，開始進入更直接的視野。頂行在可見光下顯示了天王星的顏色在人眼中的呈現方式，甚至通過業餘望遠鏡也能看到。在第二行中，行星的假彩色圖像是根據可見光和近紅外光觀測結果組合而成的。顏色和亮度對應於甲烷和氣溶膠的量。在 STIS 於 2002 年首次瞄準天王星之前，這兩個量都無法區分。一般來說，綠色區域表示甲烷比藍色區域少，紅色區域表示沒有甲烷。紅色區域位於天王星平流層的邊緣，那裡幾乎完全沒有甲烷。下面兩行顯示了從可見光到近紅外的 1,000 種不同波長（顏色）推斷出的氣溶膠和甲烷的緯度結構。在第三行中，明亮區域表示較陰天的條件，而黑暗區域表示較晴朗的條件。在第四行中，明亮區域表示耗盡的甲烷，而黑暗區域則表示甲烷量充足。在中低緯度地區，氣溶膠和甲烷消耗有自己的緯度結構，在二十年的觀測中大多沒有太大變化。然而，在極地地區，氣溶膠和甲烷消耗的表現非常不同。在第三行中，北極附近的氣溶膠顯著增加，在北方早春期間表現出非常暗，近年來變得非常明亮。隨著太陽輻射消失，左肢的氣溶膠似乎也消失了。這是太陽輻射改變天王星大氣中氣溶膠霧霾的證據。另一方面，在整個觀測期間，兩極地區的甲烷消耗似乎都保持在相當高的水平。圖片來源：NASA / ESA / Erich Karkoschka，LPL。

天王星是一顆冰巨行星，直徑約為地球的 4 倍。

它的大氣層由氫和氦組成，只有少量的甲烷使其呈現藍色。

天王星側躺並旋轉，其磁場也是不平衡的——它偏離中心並與其軸傾斜 60 度。

1986 年，航海者 2 號飛越天王星時，它提供了這顆橫向行星的特寫快照。它看到的東西就像是一個平淡無奇的藍綠色台球。

相比之下，哈勃記錄了從 2002 年到 2022 年 20 年的季節變化故事。

在此期間，由亞利桑那大學的埃里希·卡科施卡博士、威斯康星大學的拉里·斯羅莫夫斯基博士和帕特·弗萊博士領導的天文學家團隊使用了哈勃太空望遠鏡成像攝譜儀（STIS）繪製天王星大氣結構的準確圖像。

研究人員在20年的時間裡觀測了天王星四次：分別是2002年、2012年、2015年和2022年。

他們發現，與氣態巨行星土星和木星的情況不同，甲烷在天王星上的分佈並不均勻。

相反，它在兩極附近嚴重耗盡。這種消耗在二十年來保持相對穩定。

然而，隨著 2030 年臨近北夏至，氣溶膠和霾結構發生了巨大變化，北極地區的氣溶膠和霾結構顯著變亮。

天王星繞太陽運行一周需要 84 個地球年多一點的時間。

因此，二十年來，隨著太陽從直接照射天王星赤道到 2030 年幾乎直接照射天王星北極，研究小組只看到了北方的春天。