天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了海王星不斷變化的云豐度與11年太陽(yáng)周期之間的聯(lián)系，其中太陽(yáng)糾纏磁場(chǎng)的起伏驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)活動(dòng)。

這一發(fā)現(xiàn)是基于美國(guó)宇航局哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和夏威夷W.M.凱克天文臺(tái)捕獲的三十年的海王星 觀測(cè)，以及加利福尼亞州利克天文臺(tái)的數(shù)據(jù)。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

海王星和太陽(yáng)活動(dòng)之間的聯(lián)系令行星科學(xué)家感到驚訝，因?yàn)楹Ｍ跣鞘俏覀兲?yáng)系最遠(yuǎn)的主要行星，接收陽(yáng)光的強(qiáng)度約為地球接收強(qiáng)度的0.1%。然而，海王星的全球多云天氣似乎是由太陽(yáng)活動(dòng)驅(qū)動(dòng)的，而不是地球的四個(gè)季節(jié)，每個(gè)季節(jié)持續(xù)大約40年。

目前，在海王星上看到的云層覆蓋率極低，除了一些云盤旋在巨行星的南極上空。加州大學(xué)伯克利分校領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通常在冰冷巨人的中緯度地區(qū)看到的大量云層在2019年開(kāi)始消退。

“我對(duì)海王星上的云消失速度感到驚訝，”加州大學(xué)伯克利分校天文學(xué)名譽(yù)教授，該研究的資深作者Imke de Pater說(shuō)?！拔覀兓旧峡吹皆苹顒?dòng)在幾個(gè)月內(nèi)下降，”她說(shuō)。

“即使是現(xiàn)在，四年過(guò)去了，我們今年六月拍攝的最新照片仍然顯示云層沒(méi)有恢復(fù)到以前的水平，”天體物理中心的研究生Erandi Chavez說(shuō)。馬薩諸塞州劍橋的哈佛-史密森尼學(xué)會(huì)（CfA），她在加州大學(xué)伯克利分校讀天文學(xué)本科時(shí)領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究?！斑@是非常令人興奮和出乎意料的，特別是因?yàn)楹Ｍ跣侵暗牡驮苹顒?dòng)時(shí)期并沒(méi)有那么戲劇化和延長(zhǎng)。

為了監(jiān)測(cè)海王星外觀的演變，查韋斯和她的團(tuán)隊(duì)分析了2002年至2022年拍攝的凱克天文臺(tái)圖像，1994年開(kāi)始的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡檔案觀測(cè)，以及2018年至2019年加利福尼亞州利克天文臺(tái)的數(shù)據(jù)。

近年來(lái)，凱克觀測(cè)得到了暮光之城計(jì)劃和哈勃外行星大氣遺產(chǎn)（OPAL）計(jì)劃的圖像的補(bǔ)充。

這些圖像揭示了海王星云層的季節(jié)性變化和太陽(yáng)周期之間的有趣模式 - 太陽(yáng)磁場(chǎng)每11年翻轉(zhuǎn)一次，因?yàn)樗兊酶蛹m結(jié)，就像一個(gè)紗球。這在太陽(yáng)黑子數(shù)量的增加和太陽(yáng)耀斑活動(dòng)的增加中很明顯。隨著周期的進(jìn)行，太陽(yáng)的暴風(fēng)雨行為達(dá)到最大值，直到磁場(chǎng)向下喙并反轉(zhuǎn)極性。然后太陽(yáng)回到最小值，只是開(kāi)始另一個(gè)周期。

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當(dāng)太陽(yáng)出現(xiàn)暴風(fēng)雨天氣時(shí)，更強(qiáng)烈的紫外線（UV）輻射會(huì)淹沒(méi)太陽(yáng)系。研究小組發(fā)現(xiàn)，在太陽(yáng)周期達(dá)到頂峰兩年后，海王星上出現(xiàn)了越來(lái)越多的云。研究小組進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，云的數(shù)量與冰巨行星反射的陽(yáng)光亮度之間存在正相關(guān)關(guān)系。

“這些非凡的數(shù)據(jù)為我們提供了迄今為止最有力的證據(jù)，證明海王星的云層與太陽(yáng)的周期相關(guān)，”德帕特說(shuō)?！拔覀兊难芯拷Y(jié)果支持這樣的理論，即太陽(yáng)的紫外線，當(dāng)足夠強(qiáng)時(shí)，可能會(huì)觸發(fā)產(chǎn)生海王星云的光化學(xué)反應(yīng)。

學(xué)家們通過(guò)觀察海王星觀測(cè)2年中記錄的5.29個(gè)云活動(dòng)周期，發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)周期與海王星多云天氣模式之間的聯(lián)系。在此期間，地球的反射率在2002年增加，然后在2007年變暗。海王星在2015年再次變亮，然后在2020年變暗到有史以來(lái)的最低水平，也就是大部分云層消失的時(shí)候。

由太陽(yáng)引起的海王星亮度變化似乎與行星上云的來(lái)來(lái)去去相對(duì)同步。然而，在太陽(yáng)周期的高峰期和海王星上看到的大量云層之間有兩年的時(shí)間滯后?；瘜W(xué)變化是由光化學(xué)引起的，光化學(xué)發(fā)生在海王星的高層大氣中，需要時(shí)間形成云。

“能夠使用地球上的望遠(yuǎn)鏡來(lái)研究距離我們超過(guò)2億英里的世界的氣候是令人著迷的，”凱克天文臺(tái)的天文學(xué)家，該研究的合著者卡洛斯阿爾瓦雷斯說(shuō)?！凹夹g(shù)和觀測(cè)的進(jìn)步使我們能夠限制海王星的大氣模型，這是理解冰巨行星氣候與太陽(yáng)周期之間相關(guān)性的關(guān)鍵。

但是，還需要做更多的工作。例如，雖然紫外線陽(yáng)光的增加會(huì)產(chǎn)生更多的云和霧霾，但它也可能使它們變暗，從而降低海王星的整體亮度。海王星上從深層大氣中升起的風(fēng)暴會(huì)影響云層，但與光化學(xué)產(chǎn)生的云無(wú)關(guān)，因此可能使與太陽(yáng)周期的相關(guān)性研究復(fù)雜化。還需要對(duì)海王星進(jìn)行持續(xù)的觀測(cè)，以了解目前幾乎沒(méi)有云層的情況將持續(xù)多久。

研究小組繼續(xù)跟蹤海王星的云活動(dòng)?！拔覀?cè)谧罱膭P克圖像中看到了更多的云，這些圖像是在美國(guó)宇航局的詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)這顆行星的同時(shí)拍攝的;這些云在北緯和高海拔地區(qū)尤其可見(jiàn)，正如過(guò)去大約2年觀察到的太陽(yáng)紫外線通量增加所預(yù)期的那樣，“de Pater說(shuō)。

來(lái)自哈勃，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，凱克天文臺(tái)和利克天文臺(tái)的綜合數(shù)據(jù)將能夠進(jìn)一步研究導(dǎo)致海王星動(dòng)態(tài)外觀的物理和化學(xué)，這反過(guò)來(lái)可能有助于加深天文學(xué)家不僅對(duì)海王星的理解，而且對(duì)系外行星的理解，因?yàn)槲覀兲?yáng)系以外的許多行星被認(rèn)為具有類似海王星的性質(zhì)。

研究結(jié)果發(fā)表在《伊卡洛斯》雜志上。

哈勃太空望遠(yuǎn)鏡是美國(guó)宇航局和歐空局之間的國(guó)際合作項(xiàng)目。位于馬里蘭州格林貝爾特的美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心負(fù)責(zé)管理望遠(yuǎn)鏡。位于巴爾的摩的太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所（STScI）進(jìn)行哈勃科學(xué)操作。STScI由華盛頓特區(qū)的天文學(xué)研究大學(xué)協(xié)會(huì)為NASA運(yùn)營(yíng)。

媒體聯(lián)系人：

克萊爾·安德烈?jiàn)W利
美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心，馬里蘭州格林貝爾特
claire.andreoli@nasa.gov

羅伯特加納
美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心，格林貝爾特，馬里蘭州
rob.garner@nasa.gov

雷·維拉德
太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所，馬里蘭州巴爾的摩，villard@stsci.edu

瑪麗-埃拉·喬克
W. M. 凱克天文臺(tái)，莫納克亞，夏威夷
mchock@keck.hawaii.edu

加州大學(xué)伯克利分校羅伯特·桑德斯
，加州
伯克利?rlsanders@berkeley.edu

最后更新： Aug 17， 2023

編輯：安德里亞·賈諾普洛斯