天王星為什麼是藍色的?
天王星是我們太陽系中較少被探索的行星之一。它距離很遠,在離太陽約18億英里的軌道上運行,很少有航天器曾經訪問過那裡–最後一個訪問該行星的人造“訪客”是旅行者2號探測器(Voyager 2),它在1986年離開太陽系的途中飛越該行星。
即便如此,研究人員仍然可以利用哈勃太空望遠鏡等儀器觀察天王星,從這些觀察中我們了解到,這顆行星是一個主要由冰質材料組成的冰巨星,它有一個氣態的大氣層。它還有27顆已知的衛星和星環–儘管這些幾乎是看不見的,除非是在非常大的望遠鏡下–而且這顆行星的一個非常不尋常的地方是它是側向旋轉的。
關於天王星,普通人知道的最著名的事情也許是它是一種精緻的藍色,這在旅行者2號探測器在距離天王星570萬英里時拍攝的一張著名圖片中得到了很好的捕捉。
天王星呈現藍色是由於它的大氣層,它主要由氫和氦以及少量的甲烷組成。正是這些甲烷賦予了這顆行星它的顏色,因為甲烷會反射藍光。當來自太陽的光線(由光譜中的所有顏色組成)照射到行星上時,甲烷吸收了一些較紅的顏色,而藍色的波長則被反射出去。這使得該行星呈現藍色。
天王星有一個獨特的外觀–它不僅是一個醒目的藍色,而且是朦朧的,這使得它看起來像行星在柔和地發光。
最近的研究提出,天王星和海王星的藍色霧氣也是由於行星上的大氣條件造成的,這也解釋了為什麼天王星的藍色較淺而海王星的藍色較深。研究人員認為,是行星大氣中大量的硫化氫、冰和光化學物導致了它們朦朧的外觀。大氣層是有層次的,隨著這些物質向上移動,它們變得更加集中,直到甲烷凝結。這種凝結的甲烷使大氣層看起來很朦朧。
天王星的大氣層比海王星厚,所以大氣層中的甲烷會反射更多的藍光,使它看起來有更淺的藍色。
當然,天王星只是在人眼看來是藍色的。當這顆行星在不同的波長下被感知時,它看起來會非常不同。這就是你在NASA旅行者2號於1986年拍攝的天王星的兩張圖片中所看到的情況。左邊是天王星的真彩色,它使用濾鏡來處理我們人類所能感知的圖像。而右邊是所謂的假色圖像,其中顏色被用來識別我們眼睛看不到的特徵。
假彩色圖像使用不同波長的讀數,如紫外線,並增強對比度,以顯示行星的明顯特徵。
為了解釋這個假色圖像,NASA寫道:“在這張假色圖片中,天王星顯示了一個黑暗的極地罩,周圍有一系列逐漸變淺的同心帶。一種可能的解釋是,集中在極地上空的褐色霧氣或煙霧,被上層大氣的帶狀運動排列成帶狀。行星邊緣下部的明亮的橙色和黃色條帶是圖像增強的一個假象。事實上,行星周圍的邊緣是黑暗的,顏色均勻。”
這使研究人員能夠看到天王星的特徵,如果他們只用類似人類的視覺來觀察這顆行星的話,他們是看不到的。