海王星已经是冰巨星,但它可能正在经历一次寒潮

这颗冰巨星的大气比我们想象的还要寒冷。
a blue planet with light patches showing interesting patterns in the clouds and atmosphere
根据一项新研究,海王星的全球温度可能比之前认为的波动得更快。NASA/JPL

海王星一直以来都被称为冰蓝色的庞然大物。作为太阳系第八远的行星,它是一个黑暗、寒冷的地方——但现在,一个国际太空科学家团体发现,海王星厚厚大气层的温度可能比之前认为的还要低。 

过去二十年来拍摄的海王星热红外图像显示,2003年热亮度有所减弱,这表明该行星平流层(位于天气形成区域上方的平流层)的平均温度在此期间下降了约8摄氏度(14华氏度)。这些结果于4月11日发表在《行星科学杂志》上。 

与地球一样,最小的气体巨星也 具有轴倾角,这意味着它有四季。由于离太阳很远,海王星绕轨道运行一周需要更长的时间——大约165个地球年。这也意味着海王星上的一个季节要慢得多——想象一下经历长达40多个地球年的冬天。但来自莱斯特大学和美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的研究团队观察到2003年至2018年间的寒冷趋势,考虑到海王星漫长的季节,这是一个令人惊讶的快速温度变化。 

“这种变化是出乎意料的,”莱斯特大学研究员、该论文的首席作者迈克尔·罗马在大学的新闻稿中说。“由于我们一直观察海王星的南部夏季初期,我们预计温度会缓慢变暖,而不是变冷。”

a graph of brightness of thermal images of the planet neptune between 2003 and 2020. it shows that the brightness tended to get darker from 2003 to 2018 but then starts to get brighter
海王星热红外亮度的观测变化,这是海王星大气温度的衡量标准。图表显示了利用所有现有的地面望远镜图像,海王星平流层热红外亮度随时间变化的相对变化。更亮的图像被解释为更温暖。在过去的几年里,南极似乎变得异常温暖。Michael Roman/NASA/JPL/Voyager-ISS/Justin Cowart

这项研究是迄今为止对海王星奇特大气温度进行的规模最大的调查。该团队利用了2003年至2020年间夏威夷和智利望远镜收集的95多次热红外观测数据。更亮的热图像意味着更高的温度,而更暗则意味着更低的温度——该行星的亮度随时间明显变暗。“我们的数据覆盖不到一个海王星季节的一半,所以没有人预料到会看到如此巨大和快速的变化,”喷气推进实验室(JPL)高级研究科学家、该研究的合著者格伦·奥尔顿在新闻稿中也指出。 

在行星不同区域收集的数据也暗示了温度可能发生剧烈波动。例如,在2018年至2020年间,南极的平流层反而经历了一个约11摄氏度(20华氏度)的变暖期。研究人员指出,海王星上的这种极地变暖程度是前所未见的。虽然团队尚未确定这种潮起潮落的原因,但罗马解释说,一种可能的原因是“温度变化可能与海王星大气化学的季节性变化有关,这会改变大气散热的效率。”他补充说,天气模式的变化也可能在起作用。 

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海王星的大气和全球温度也可能容易受到11年太阳周期的影响。这是太阳的磁场会翻转两极的时候,导致表面活动的变化,如太阳黑子。当振荡接近11年周期(也称为太阳极小期)时,太阳活动通常会平静下来,而在周期中期(太阳极大期)时,太阳黑子会达到峰值,活动会加剧。之前的研究表明,海王星的可见亮度与太阳周期有关。现在,这项研究提供了更多证据,表明太阳活动与明亮的云层模式和波动的温度有关。  

詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)将于今年晚些时候 观测 天王星和海王星这两颗遥远冰巨星的天气、化学和环流模式。研究团队希望望远镜收集的大气信息能为揭示这颗冰冷行星的奥秘提供更多线索。 

“大气层似乎比我们最初想象的要复杂得多,这很可能再次印证了自然界反复向科学家们传授的教训,”罗马在接受路透社 采访时说。“我认为海王星对我们很多人来说都非常迷人,因为我们对它仍然知之甚少。” 

 

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劳伦·J·杨

副编辑

Lauren J. Young 是《Popular Science》的副主编,负责报道健康不平等、环境正义、生物多样性、太空探索、历史和文化。在 2021 年加入 PopSci 之前,她是科学广播电台 Science Friday 的数字制作人和记者。


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