如果你真的想惹恼一位天文学家,那就让他们算出天王星上的一天有多长。在地球或火星这样的行星上,计算它们绕轴自转的时间相对容易。它们是固体,表面特征清晰可见,即使在望远镜的距离也能轻易看到,因此仔细观察并稍加计算就能得到准确的答案。即使像金星一样看不到表面,你仍然可以使用雷达追踪表面的旋转。即使是被广阔大气层包裹的木星,也存在巨大的风暴可以作为标记。

天王星的一日时长很难计算

地球和天王星的大小比较
天王星则完全是另一回事。这颗行星的体积约为地球的63倍,密度仅略高于水。这是因为它是一颗气态巨行星,主要由氢和氦组成,并混杂着水冰、氨冰和甲烷冰。在可见光下,它的上层大气是一片毫无特色的淡蓝色。在这之下,没有任何类似固体表面的东西。相反,大气会逐渐变得稠密和炎热,直到模糊成一种液体状,其中心可能有一个微小的岩石核心,也可能没有。
这使得计算天王星一天的长度已经够难的了,更令人费解的是,天王星的轴倾角为98度,它实际上是在侧翻,两极比赤道获得更多的阳光。这导致大气模式(可以作为标记)随季节变化而不稳定。更糟糕的是,赤道大气的旋转速度与两极不同。
现在,哈勃太空望远镜的观测结果显示,天王星上的一天比之前预想的要长28秒。
为了克服这些问题,由洛朗·拉米领导的科学家团队利用哈勃太空望远镜在 2011 年至 2022 年间收集的紫外线图像来追踪天王星上的极光。

美国宇航局/欧空局哈勃太空望远镜拍摄的 2022 年 10 月天王星动态极光图像
与地球一样,天王星也拥有磁场,可以抵御宇宙辐射。但在磁力线汇聚的磁极,高能粒子可以到达大气层,形成壮观的极光。极光不仅能产生炫酷的图像,还能为科学家提供追踪天王星自转的标记,精度提高1000倍。然而,这需要大量的观测,因为与地球一样,天王星的磁极也容易漂移。
结果是,我们现在知道天王星上的一天需要 17 小时 14 分 52 秒,比美国宇航局的旅行者 2 号在 1986 年飞越时做出的最佳估计长 28 秒。
“我们的测量不仅为行星科学界提供了重要的参考,还解决了一个长期存在的问题:之前基于过时自转周期的坐标系很快就变得不准确,使得我们无法追踪天王星磁极随时间的变化,”拉米说道。“有了这个新的经度系统,我们现在可以比较近40年来的极光观测数据,甚至可以为即将到来的天王星探测任务做好规划。”
该研究发表在《自然》杂志上。
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