海王星以濃鬱的藍色而聞名，天王星則以發青而聞名，但一項新的研究發現，這兩顆冰巨行星的顏色實際上比人們通常認為的要接近得多。牛津大學的帕特里克-歐文（Patrick Irwin）教授領導的研究證實了這兩顆行星的正確色調，研究成果發表在今天的《皇家天文學會月刊》上。

旅行者2 號分別於1986 年和1989 年飛越天王星和海王星後不久發布的旅行者2 號/ISS 影像，與本研究中重新處理的單一濾鏡影像進行比較，以確定這些行星真實顏色的最佳估計值。資料來源：Patrick Irwin。

他和他的團隊發現，儘管人們普遍認為海王星是深蔚藍色的，而天王星則是淡青色的，但實際上這兩個世界都是類似的青綠色。

天文學家早就知道，這兩顆行星的大多數現代圖像並不能準確反映它們的真實顏色。產生這種誤解的原因是，20 世紀拍攝的這兩顆行星的圖像–包括美國國家航空暨太空總署的旅行者2 號任務（唯一飛越這兩個世界的太空船）都記錄了不同顏色的圖像。

這些單色影像後來被重新組合成彩色合成影像，但這些影像並不總是能達到”真實”色彩影像的精確平衡，尤其是海王星的影像往往”太藍”。

此外，旅行者2 號早期拍攝的海王星影像經過了強烈的對比增強處理，以更好地揭示雲層、條帶和風，從而形成了我們對海王星的現代視角。

歐文教授說：”雖然我們熟悉的旅行者2 號天王星圖像是以更接近’真實’色彩的形式發布的，但海王星的圖像實際上是經過拉伸和增強的，因此被人為地做得太藍了。儘管當時行星科學家都知道這種人為飽和的顏色，而且發布的圖像還附有說明，但隨著時間的推移，這種區別已經消失了。將我們的模型應用到原始數據中，我們已經能夠最精確地再現海王星和天王星的顏色。”

2015-2022年HST/WFC3觀測到的天王星。在這個序列中，北極的綠色較淺，向太陽和地球的方向擺動。在這些影像中，赤道和位於35N 和35S 的緯線被標註出來。資料來源：Patrick Irwin

在這項新研究中，研究人員使用了哈伯太空望遠鏡的太空望遠鏡成像攝譜儀（STIS）和歐洲南方天文台甚大望遠鏡上的多單元光譜探測器（MUSE）提供的數據。在這兩種儀器中，每個像素都是連續的彩色光譜。

這意味著STIS 和MUSE 的觀測資料可以透過明確的處理來確定天王星和海王星的真實表觀顏色。研究人員利用這些數據重新平衡了旅行者2 號相機和哈伯太空望遠鏡的寬視野相機3（WFC3）所記錄的複合彩色影像。

結果顯示，天王星和海王星其實是相當相似的青綠色。主要差異在於海王星多了一絲藍色，模型顯示這是因為行星上的霾層較薄。

這項研究也為天王星的顏色在其84 年的太陽運行軌道上為何會發生輕微變化這一長期謎團提供了答案。亞利桑那州洛厄爾天文台（Lowell Observatory）在1950-2016 年期間用藍色和綠色波長記錄了天王星的亮度，作者們首先比較了天王星的圖像和亮度測量結果，然後得出了結論。

這些測量結果表明，天王星在冬至（即夏季和冬季）時顯得更綠一些，此時行星的兩極之一正對著我們的恆星。但在春分時節–當太陽在赤道上空時，天王星的顏色會比較藍。

眾所周知，造成這種現象的部分原因是天王星的自轉非常不尋常。它在軌道上幾乎是側著旋轉的，這意味著在行星的至日時，它的北極或南極幾乎直接指向太陽和地球。作者說，這一點非常重要，因為極區反射率的任何變化都會對從地球上看天王星的整體亮度產生很大影響。

天文學家們不太清楚的是，這種反射率是如何或為何不同的。這促使研究人員建立了一個模型，將天王星極區和赤道區的光譜進行比較。研究發現，兩極地區在綠色和紅色波長上的反射率高於藍色波長，部分原因是兩極附近甲烷的含量大約是赤道的一半，而甲烷對紅色具有吸收作用。

天王星在兩個天王星年（一個天王星年是84.02 個地球年）期間的季節性顏色變化動畫，從1900 年到2068 年，從南方夏至前開始，此時天王星的南極幾乎直接指向太陽。左側圓盤顯示的是天王星的肉眼外觀，右側圓盤經過色彩拉伸和增強處理，使大氣特徵更加清晰。在這段動畫中，天王星的自轉速度被放慢了3000 多倍，因此可以看到行星的自轉，還可以看到不連續的風暴雲穿過行星的圓盤。隨著行星向至日移動，可以看到雲層不透明度增加，甲烷豐度降低，形成一個蒼白的極地”罩”，填充了更多的行星圓盤，從而導致行星整體顏色的季節性變化。天王星圓盤大小的變化是由於天王星在運作過程中與太陽的距離發生了變化。資料來源：牛津大學派崔克-歐文（Patrick Irwin）

然而，這還不足以完全解釋顏色的變化，因此研究人員在模型中加入了一個新的變量，即一個逐漸變厚的冰霧”罩”。

天文學家認為這很可能是由甲烷冰粒構成的。在模型中模擬時，冰顆粒進一步增加了兩極綠色和紅色波長的反射，為天王星在至日更綠的原因提供了解釋。

歐文教授說：「這是第一個將定量模型與成像數據相匹配的研究，以解釋天王星的顏色在其軌道上變化的原因。透過這種方式，我們證明了天王星在至日時更加綠色，這是因為極地地區的甲烷豐度降低，但同時明亮散射的甲烷冰顆粒厚度也增加了。”

天文學研究大學協會（AURA）的海蒂-哈梅爾（Heidi Hammel）博士花了幾十年時間研究海王星和天王星，但沒有參與這項研究，她說：”幾十年來，對海王星顏色的誤解以及天王星不尋常的顏色變化一直困擾著我們。這項全面的研究應該最終能平息這兩個問題”。

天王星和海王星這兩顆冰雪巨行星仍然是未來機器人探索者的誘人目的地，在上世紀80 年代旅行者號的基礎上更上一層樓。

這項新研究的共同作者、萊斯特大學行星科學家利-弗萊徹教授說：”探索天王星系統的任務–從它奇異的季節性大氣，到它多樣的星環和衛星–是航天機構未來幾十年的重中之重。”

然而，即使是在天王星軌道上的長壽命行星探測器，也只能捕捉到天王星年的短暫快照。

弗萊徹教授補充說：”像這樣基於地球的研究，顯示天王星的外觀和顏色在過去幾十年中是如何隨著太陽系中最奇特的季節而變化的，對於將未來任務的發現置於更在廣闊的背景中至關重要。”