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詹姆斯韋伯望遠鏡捕捉到了太陽系內最難拍攝的行星,細節令人驚嘆!
2023/04/09

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近日,美國國家航空航天局(NASA)的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope,簡稱JWST)公布了一張令人驚嘆的天王星照片,它展示了這顆冰巨行星的環系、最亮的衛星和動態的大氣層。這是繼JWST拍攝海王星之后后,再次向世人展示了它強大的觀測能力。

詹姆斯韋伯太空望遠鏡于 2023 年 2 月 6 日看到的天王星的放大圖像

天王星是太陽系中第七顆行星,也是最冷的一顆。它有13個已知的環和27個衛星。它的軌道和自轉都非常特殊,它幾乎是側著繞太陽運行,自轉軸與軌道平面相差約90度。這導致了天王星有極端的季節變化,每個極點會連續多年面向或背向太陽。

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詹姆斯·韋伯太空望遠鏡于 2023 年 2 月 6 日拍攝的天王星全尺寸廣角照片顯示了該行星 27 顆已知衛星中的六顆

JWST拍攝到的這張天王星照片顯示了它11個環中的10個,其中一些環非常明亮,以至于看起來有些重疊。令天文學家驚訝的是,JWST使用的近紅外相機(NIRCam)能夠捕捉到天王星最內側兩個微弱的塵埃環。

詹姆斯韋伯太空望遠鏡于 2023 年 2 月 6 日拍攝的天王星圖像的注釋版本,顯示了其明亮的極地冰蓋和發光的云層。

這兩個環之前只有兩個天文觀測設備能夠看到——一個是1986年飛越天王星的旅行者2號探測器(Voyager 2),另一個是最近使用先進自適應光學技術的凱克天文台(Keck Observatory)。

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旅行者2號于1986年拍攝的天王星

旅行者2號在1986年飛越天王星時,拍攝到了一張看起來像一個沒有明顯特征的藍色彈珠的照片。而JWST拍攝到的照片則與之形成了鮮明對比,描繪了一個充滿變化和活力的世界。JWST拍攝到的照片是通過兩種濾鏡合成的,分別呈現為藍色和橙色。

這張代表性顏色的照片顯示了由水、甲烷和氨組成的密集冰液層覆蓋著一個小巖石核心,形成了一個看起來像一個淺藍色雪球的天王星。

哈勃空間望遠鏡的天王星影像,可以看見云帶、環和一些衛星。

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目前,在天王星北極是春季。這可以從照片上看出來,天王星右側在北極冰帽處變亮了,因為那里正面向太陽。這是科學家第一次看到這個方面在北極冰帽的邊緣,有一個明亮的云層,還有一些模糊的延伸特征幾乎可以看到。

其中包括一個在天王星左側邊緣的非常明亮的云層。這些云層可能是由于季節性變化導致的大氣運動所產生的。JWST能夠觀測到這些細節,是因為它使用了近紅外波長,可以穿透天王星表面以下約1000公里的甲烷云層,看到更深層次的氫和氦組成的大氣層。

地球和天王星大小的比較

除了天王星本身,JWST還拍攝到了它的六個衛星,分別是普克(Puck)、米蘭達(Miranda)、阿麗爾(Ariel)、昂布里爾(Umbriel)、泰坦妮亞(Titania)和奧伯倫(Oberon)。

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這些衛星都是以莎士比亞和蒲柏的作品中的人物命名的,與天王星其他21個衛星一樣。

天王星共有27個已知的衛星,它們可以分為三類:13個內部衛星、5個主要衛星和9個不規則衛星。內部衛星和主要衛星都是順行軌道,而不規則衛星則大多是逆行軌道。內部衛星都是小而暗的天體,與天王星的環系有著共同的性質和起源。

JWST拍攝到的這張照片中,最大和最明亮的兩個衛星是泰坦妮亞和奧伯倫,它們分別是太陽系中第八大和第九大的衛星,直徑分別為1578公里和1523公里。它們都是橢球形狀,表明它們曾經或仍然處于靜力平衡狀態。

它們也有著復雜而多樣化的地貌,包括峽谷、山脈、斷層、冰火山和撞擊坑等。泰坦妮亞上有一座高約6公里的山峰,被命名為羅克山(Rupes Recta),是太陽系中最高的山峰之一。奧伯倫上有一座直徑為210公里、深度為6公里的巨型撞擊坑,被命名為哈姆雷特坑(Hamlet),是太陽系中最大的撞擊坑之一。

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米蘭達

其他四個衛星則相對較小,直徑在470到1160公里之間。其中最小但最特殊的是米蘭達,它有著非常奇異而混亂的地貌,包括巨大而陡峭的懸崖、平滑而年輕的平原、環形山脊和斷裂等。米蘭達可能是由于受到強烈潮汐力或者與其他天體碰撞而被撕裂開而重新組合的。米蘭達可能是天王星最古老的衛星之一,它的形成時間可能早于天王星自轉傾角變化的事件。

阿麗爾和昂布里爾則相對平淡,沒有太多的地貌特征。阿麗爾上有一些峽谷和斷層,表明它曾經有過一定程度的內部活動。昂布里爾上則覆蓋著一層黑暗的物質,可能是由于它受到了來自天王星環系和內部衛星的微小撞擊物的污染。

普克是JWST拍攝到的最小的衛星,也是天王星最內側的衛星之一。它直徑只有162公里,表面充滿了撞擊坑,沒有任何其他明顯的地貌。普克可能是由天王星環系中較大的顆粒聚集而成的。

除了這六個衛星,JWST還能夠看到天王星環系中的一些細節。天王星共有13個已知的環,它們都是非常暗淡和窄的,反照率不超過2%。

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它們可能由水冰和一些經過輻射加工的有機物組成。

天王星的環。最外層是明亮的ε環,還可以看見另外的9個環。

天王星環系中最亮和最寬的環是ε環,它直徑約為100000公里,寬度約為20公里。它被兩個小衛星科德莉亞(Cordelia)和奧菲利亞(Ophelia)所維持,這兩個衛星被稱為牧羊衛星,因為它們通過引力作用使ε環保持穩定而不散開。

JWST拍攝到的照片中還可以看到兩個微弱而寬廣的環:μ環和ν環。這兩個環是由小塵埃粒子組成的,與太陽系中其他行星的塵埃環類似。μ環位于泰坦妮亞和奧伯倫之間,ν環位于泰坦妮亞和普克之間。

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天王星環系統。

JWST還捕捉到了天王星最內側兩個塵埃環:1986U2R/ζ環和λ環。這兩個環非常難以觀測,因為它們非常微弱而且靠近天王星本身。1986U2R/ζ環位于米蘭達和普克之間,λ環位于阿麗爾和昂布里爾之間。

JWST拍攝到的這張天王星照片是對太陽系冰巨行星研究的重要貢獻,它展示了這些遙遠而神秘的世界的多樣性和復雜性。JWST將繼續利用它先進的紅外儀器觀測太陽系中其他行星、衛星、小行星、彗星等天體,為我們揭示更多關于太陽系起源和演化的秘密。

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