天王星掩星全记录：科学家如何利用闪烁的星光解码冰巨星的秘密？

１９７７年３月１０日，天王星运行到一颗编号为ＳＡＯ１５８６８７的恒星前面，把那颗恒星遮掩住了。这种现象叫“恒星掩星”，科学家们利用那次机会发现了天王星的9条光环。

这张由詹姆斯·韦伯空间望远镜上的近红外相机（NIRCam）拍摄的天王星图像，清晰地捕捉到了天王星的北极冰冠以及暗淡的内环和外环。图像还展示了天王星27颗卫星中的9颗。图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI

2025年4月7日，这样的机会又来了：天王星完美地运行到地球与一颗遥远恒星之间，这一现象仅在北美西部部分地区可见，为研究人员提供了测量天王星大气层变化的机会。

“天王星运行到一颗距离地球约400光年的恒星的前方，”NASA兰利研究中心的行星科学家威廉·桑德斯（William Saunders）说道。“当天王星开始掩蔽这颗恒星时，它的大气层折射了星光，导致恒星看起来逐渐变暗，直至完全被遮挡。掩星结束时则发生了相反的过程，从而形成了我们所说的‘光变曲线’。通过使用多台大型望远镜观测这次掩星，我们得以测量光变曲线，并确定天王星大气层在多个高度层上的特性。”

艺术家绘制的插图显示，一颗遥远的恒星在天王星的遮蔽下逐渐消失——这一现象被称为恒星掩星。图片来源：美国宇航局/先进概念实验室

这些来自天王星平流层（即其大气层中间层）的详细数据将帮助科学家了解这颗行星当前的气候运行机制、数十年来气候的变化情况，以及未来对这颗遥远冰巨星进行探测时可期待的结果。

为了观测这一持续约一小时、仅在北美西部可见的罕见现象，NASA兰利的行星科学家领导了一个由30多名天文学家组成的国际团队，使用了18个专业天文台。

探测天王星并非易事。1986年，NASA的“旅行者2号”探测器是首个也是迄今为止唯一一个飞掠了该行星的探测器，

而上次明亮的恒星掩星现象发生在1996年。

加州理工学院帕萨迪纳分校的博士后学者艾玛·达尔说道。“气态巨行星和冰巨星的大气层是独特的大气实验室，因为它们没有固态表面。这使我们能够在不受表面带来的额外变量和影响干扰的情况下，研究云层形成、风暴和风模式，而这些因素很快就会使模拟变得复杂。”

天王星距离地球近32亿千米，是一颗气态行星，内部有一个石质内核，外面是一层高密度的大气，大气的主要成分是氢、氦和甲烷。天王星的自转速度比地球快很多，仅约17小时，而且自转方向与众不同，是顺时针转动的，与公转方向恰恰相反。它没有固态表面，而是由水、氨和甲烷构成的柔软表面。

天王星和它的环。图片来源：美国宇航局（NASA）、欧洲航天局（ESA）、加拿大航天局（CSA）、太空望远镜科学研究所（STScI）；图像处理：约瑟夫·德帕斯夸尔（Joseph DePasquale） ，来自太空望远镜科学研究所（STScI）。

天王星被称为冰巨星，是因为它的内部含有大量比氢和氦更重的元素（如水、氨、甲烷等），这些物质在高压下形成超离子态冰。迄今为止，人们在天王星周围发现了13条环，它们由冰和尘埃组成。

在未来六年里，天王星将掩蔽几颗较暗的恒星。下一次掩星为2031年，届时掩蔽的恒星将比四月观测到的更亮。

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