利用哈伯和新視野號的雙重視角，科學家們對天王星的大氣特性和亮度有了新的認識，為未來的系外行星研究提供了資訊。天王星被描述為神秘、奇特，對我們地球人來說相當陌生。 然而，在天文學中，這些說法都是相對的。 與早期宇宙中遙遠而黑暗的綿延部分相比，或者與距離太陽係數十光年的奇特系外行星相比，研究人員實際上對天王星已經了解很多。

哈伯和”新視野”號同時對天王星進行的觀測為未來的系外行星探測提供了關鍵數據，顯示了地球上看不到的亮度和大氣變化，這對於了解遙遠的宜居行星至關重要。 資料來源：NASA、ESA、STScI、Samantha Hasler（麻省理工學院）、Amy Simon（NASA-GSFC）、新視野號行星科學主題小組、Joseph DePasquale（STScI）、Joseph Olmsted（STScI）

NASA 的哈伯太空望遠鏡是能夠以高解析度觀測這顆行星的天文台之一，可以近距離顯示這顆行星大氣特徵的細節。

天文學家現在以一種新的方式利用了這種觀點。 他們用哈伯望遠鏡觀察了天王星的高分辨率，同時也用新視野號太空船從65億英里外觀察了天王星，在那裡，天王星看起來只是一個斑點。 這個綜合視角可以幫助他們進一步了解在對其他恆星周圍的行星進行成像時應該期待什麼–哈伯提供的背景資訊說明了用新視野號觀測時大氣層的實際情況。

在這張圖片中，天王星的兩個三維圖形（上圖）與美國太空總署哈伯太空望遠鏡（左下圖）和美國太空總署新地平線號太空船（右下圖）拍攝的天王星實景圖進行了對比。 這兩個任務最近同時觀測了這顆氣體巨行星，比較了哈伯望遠鏡的高解析度影像和新地平線號的較小視角。 這種綜合視角將有助於研究人員了解未來天文台在對其他恆星周圍的行星進行成像時應該期待什麼。 資料來源：NASA、ESA、STScI、Samantha Hasler（麻省理工學院）、Amy Simon（NASA-GSFC）、新視野號行星科學主題小組、Joseph DePasquale（STScI）、Joseph Olmsted（STScI

美國國家航空暨太空總署（NASA）的哈伯太空望遠鏡和新視野號（New Horizo​​​​ns）太空船最近同時聚焦天王星，使科學家們能夠直接比較從兩個不同有利位置對該行星的觀測結果。 這些見解將指導未來對其他恆星系統中類似行星的研究。

透過將天王星作為遙遠系外行星的替身，天文學家利用了哈伯望遠鏡的高解析度影像和新視野號的更廣闊視野。 這種雙重視角增強了我們對使用下一代望遠鏡對系外行星成像時的預期的理解。

新視野號科學團隊合作者、劍橋麻省理工學院的薩曼莎-哈斯勒（Samantha Hasler）說：”雖然我們預計天王星在每個濾光片的觀測結果中都會出現不同，但我們發現天王星實際上比從不同視角拍攝的新視野號資料中預測的要暗淡。

系外行星的直接成像是了解其潛在宜居性的關鍵技術，並為我們太陽系的起源和形成提供了新的線索。 天文學家利用直接成像和光譜學來收集被觀測行星的光線，並比較其在不同波長下的亮度。 然而，由於系外行星距離我們非常遙遠，因此對它們進行成像是一個眾所周知的困難過程。 它們的圖像只是針尖大小，因此不如我們對繞太陽運行的世界的近距離觀察那麼細緻。 研究人員也只能直接拍攝系外行星的”部分相位”，即從地球上看，只有部分行星被恆星照亮。

這幅插圖展示了美國太空總署的”新視野”號太空船從柯伊伯帶深處俯瞰太陽系的景象。 新視野號目前距離地球估計超過50 億英里。 探測器最近觀測天王星時，距離天王星65億英里。 資料來源：NASA、ESA、Christian Nieves（STScI）、Ralf Crawford（STScI）、Greg Bacon（STScI）

天王星是了解未來其他望遠鏡對系外行星進行遙遠觀測的理想測試目標，原因有幾個。 首先，許多已知的系外行星也是性質類似的氣態巨行星。 另外，在進行觀測時，新視野號位於天王星的遠側，距離天王星65 億英里，可以對天王星的黃昏新月進行研究–這是在地球上無法做到的。 在這個距離上，”新視野”號的彩色相機（多光譜可見光成像相機）只能看到天王星的幾個像素。

另一方面，哈伯具有高解析度，在距離天王星17億英里的低地球軌道上，能夠看到這個氣態世界日側的雲層和風暴等大氣特徵。

哈斯勒補充說：”天王星在新視野號的觀測結果中只是一個小點，與韋伯等天文台或地面天文台直接觀測到的系外行星的小點相似。 哈伯為”新視野”號觀測大氣層提供了背景資訊。

地球上空的哈伯太空望遠鏡插圖。 圖片來源：歐空局/哈伯（M. Kornmesser & LL Christensen）

太陽系中的氣態巨行星擁有動態多變的大氣層，雲層覆蓋率不斷變化。 這種情況在系外行星常見嗎？ 透過從哈伯望遠鏡中了解天王星雲層的細節，研究人員能夠驗證新視野號資料的解釋。 就天王星而言，哈伯和新視野號都看到，亮度並沒有隨著行星的自轉而變化，這表明雲層的特徵並沒有隨著行星的自轉而變化。

然而，”新視野”號的探測結果之所以重要，是因為這顆行星反射光線的階段與哈伯或地球上或地球附近的其他天文台所能看到的不同。 新視野號表明，系外行星在部分相位角和高相位角時可能比預想的要暗，大氣層在部分相位角時對光線的反射也不同。

藝術家構想的新視野號太空船。 圖片來源：約翰-霍普金斯大學應用物理實驗室/西南研究所編輯

美國國家航空暨太空總署（NASA）即將建立兩個大型觀測站，以推進系外行星大氣層和潛在宜居性的研究。 “新視野號”首席研究員、美國西南研究所的艾倫-斯特恩補充說：”‘新視野號’從任何其他手段都無法觀測到的有利位置對天王星進行的這些具有里程碑意義的研究，為這次任務的新科學知識寶庫增添了新的內容。

美國國家航空暨太空總署即將於2027年發射的南希-格蕾絲羅曼太空望遠鏡將使用一個冕儀來遮擋恆星的光線，以直接觀測氣態巨型系外行星。 美國國家航空暨太空總署（NASA）的宜居世界天文台處於早期規劃階段，它將是第一台專門用於搜尋繞其他恆星運行的地球大小岩石行星大氣層生物特徵的望遠鏡。

羅曼太空望遠鏡是美國國家航空暨太空總署（NASA）的一個天文台，旨在揭開暗能量和暗物質的秘密、搜尋系外行星並為其成像，以及探索紅外線天文物理學的許多主題。 資料來源：美國國家航空暨太空總署

哈斯勒總結說：”研究天王星等已知基準如何在遙遠的成像中出現，可以幫助我們在準備這些未來任務時有更可靠的預期。這對我們的成功至關重要。”

新視野號於2006年1月發射升空，2015年7月歷史性地飛越了冥王星及其衛星，之後又於2019年1月讓人類首次近距離觀察了其中一個行星構件和柯伊伯帶天體–阿羅科斯。 新視野號目前正在執行第二次擴展任務，研究遙遠的柯伊伯帶天體，描述太陽外日光層的特徵，並從其在太陽系遙遠區域無與倫比的有利位置進行重要的天體物理觀測。

天王星的觀測結果將於本週在愛達荷州博伊西舉行的美國天文學會行星科學部第56屆年會上公佈。

哈伯太空望遠鏡是由美國國家航空暨太空總署（NASA）和歐洲太空總署（ESA）合作研發的，三十多年來一直在徹底改變我們對宇宙的認識。 哈伯望遠鏡於1990年發射升空，它圍繞著地球運行，捕捉高解析度影像和數據，這些影像和數據促成了從宇宙膨脹到暗能量存在等一系列突破性發現。

在洛克希德-馬丁航太公司的支持下，由位於馬裡蘭州的美國國家航空暨太空總署戈達德太空飛行中心負責管理，哈伯的任務運作是國際合作的見證。 位於馬裡蘭州巴爾的摩的太空望遠鏡科學研究所由天文學研究大學協會運營，負責科學運營，確保哈伯繼續在推動天文學發展方面發揮關鍵作用。 儘管年事已高，哈伯仍然是探索深空最重要和最可靠的工具之一，它的發現影響著我們對宇宙的基本認識。

“新視野”號是由位於馬裡蘭州勞雷爾的約翰霍普金斯應用物理實驗室（APL）根據美國國家航空航天局（NASA）的”新領域”（New Frontiers）計劃開發和運行的一個開拓性太空船。 新視野號於2006年發射升空，最著名的是2015年歷史性地飛越冥王星，為人類提供了第一次近距離觀察這顆矮行星的機會。 此後，”新視野”號繼續外太陽系之旅，探索柯伊伯帶天體，並提供有關這些遙遠世界的重要數據。

此次任務由美國西南研究院指導，首席研究員艾倫-斯特恩（Alan Stern）領導科學團隊，監督有效載荷運行和遭遇科學規劃。 “新視野號”由美國宇航局位於阿拉巴馬州亨茨維爾的馬歇爾太空飛行中心管理，大大擴展了我們對外太陽系的了解，為天體物理研究和行星探索打開了新的大門。

編譯自/ SciTechDaily