是太阳系行星中的一个怪人。
虽然大多数行星的自转轴垂直于其轨道平面,但天王星的极端倾斜角为 98 度。它侧翻了,可能是由于古代的碰撞造成的。它还有一个逆行轨道,与其他行星相反。
这颗冰巨星与太阳也有着不寻常的关系,这使得它有别于其他行星。
天王星的独特性延伸到了它的高层大气,称为热层-日冕。该地区的温度超过 500 摄氏度,其热源令天文学家感到困惑。
日冕延伸至地表上方 50,000 公里,这也使其与其他行星不同。更奇怪的是,它的温度正在下降。
1986 年,航海家 2 号飞越天王星时,它测量了热层的温度。在接下来的几十年里,望远镜不断测量天王星的温度。
所有这些测量结果都表明,地球的高层大气正在冷却,温度降低了一半。其他行星都没有经历同样的变化。
科学家知道天王星的热层是一个脆弱的层。它有一个嵌入式电离层,可以帮助天文学家测量热层的温度。它是一层离子,将低层大气与行星磁层分开。
电离层中的 H3+ 离子很快与周围的中性粒子达到热平衡。这些离子发射近红外(NIR)光子,天文学家可以用地面望远镜监测热层的温度,因为一些近红外波长可以穿过地球大气层。
这就是他们知道高层大气正在冷却的原因,而对低层大气的观察显示没有冷却。
降温令人费解,季节性影响被排除为气温下降的原因。太阳的 11 年太阳周期也是如此,太阳的能量水平会发生变化。
发表在《地球物理评论快报》上的新研究对温度变化做出了解释。它的标题是“太阳能风能可能控制天王星的热层温度” 主要作者是帝国理工学院物理系的 Adam Masters 博士。
根据马斯特斯和他的同事的说法,太阳风是天王星冷却的原因。太阳风是来自太阳最外层日冕的带电粒子流。它是一种主要由电子和质子组成的等离子体,还包含原子核和重离子。
亚当斯说:“太阳风对天王星高层大气的这种明显非常强烈的控制与我们在太阳系任何其他行星上看到的情况不同。”
虽然太阳风是不断的,但它的特性随着时间尺度的变化而逐渐变化,与天王星高层大气的变化相匹配。
大约自 1990 年以来,太阳风的平均向外压力一直在缓慢但显着地下降。这一下降与太阳众所周知的 11 年周期无关,但它确实与天王星的温度变化密切相关。
这向研究人员表明,与地球不同,天王星的温度不受光子控制。
众所周知,来自太阳的光子加热地球。这是生命的基础。虽然我们星球的磁层在很大程度上保护地球免受太阳风的影响,但光子并没有被阻止。
天王星距太阳的距离比地球远得多,接近 30 亿公里,而地球距太阳仅约 2.28 亿公里。到达天王星的光子数量不足以加热地球。相反,太阳风的减弱使得天王星的磁层得以扩张。
由于磁层保护天王星免受太阳风的影响,它的膨胀使太阳风更难到达天王星。能量流经地球周围的空间,最终到达热层并控制其温度。
作者在论文中解释道:“太阳风动能的下降,或者说几乎相同的太阳风总功率的下降,应该意味着天王星热层的加热减弱,导致观察到的长期温度下降。”
这意味着,对于像地球这样距离较近的行星,星光控制着热层的温度,而对于距离较远的行星,则由太阳风控制。
这一发现可能会影响未来计划的天王星任务。
《2023-2032 年行星科学和天体生物学十年调查》将天王星任务确定为首要任务,但到目前为止,尚未批准任何一项任务。该任务概念被称为天王星轨道器和探测器(UOP),其主要目标之一是研究这颗冰巨星的大气层。
该任务将解开天王星冷却之谜,但科学家们很难理解它。这些发现意味着任务目标可以更新,问题就变成了太阳风的能量如何进入天王星不寻常的磁层。
这项研究不仅回答了有关天王星的令人困惑的问题,而且还扩展到了系外行星。如果这种太阳能风冷却可以在这里发生,那么它也可以在其他地方发生。
“在太阳系之外,对天王星热层冷却的这种解释意味着,系外行星的伴星在没有强大的局部驱动的情况下与宿主恒星(例如在)并且具有足够大的磁层将与其母星发生主要的电动相互作用,”作者写道。
对于这些系外行星,恒星风将强烈控制高层大气的热演化,而不是恒星辐射。恒星风也可能驱动某些类型的极光。
亚当斯总结道:“天王星这种强烈的恒星与行星相互作用可能会对确定不同系外行星的内部是否产生强磁场产生影响,这是寻找太阳系外宜居世界的一个重要因素。”