在一項新的研究中，天文學家將美國太空總署/歐空局哈伯太空望遠鏡拍攝的天王星高解析度影像與美國太空總署新視野號太空船拍攝的更遠的影像進行了比較。他們的結果可以作為「地面實況」觀測結果，作為解釋未來天文台的系外行星直接成像資料的基線。

在此圖像中，天王星的兩個三維形狀（頂部）與哈伯望遠鏡（左下）和新地平線（右下）看到的行星的實際視圖進行了比較。圖片來源：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團隊 / Joseph DePasquale，STScI / Joseph Olmsted，STScI。

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。

天文學家使用直接成像和光譜學來收集來自被觀測行星的光，並比較其在不同波長下的亮度。

然而，對系外行星進行成像是一個眾所周知的困難過程，因為它們離我們太遠了。

它們的圖像只是精確的點，因此不如我們對圍繞太陽運行的世界的特寫視圖那麼詳細。

天文學家也只能直接對系外行星的「部分階段」進行成像，也就是從地球上看，只有部分行星被恆星照亮。

天王星是一個理想的目標，可以作為測試來了解其他望遠鏡未來對系外行星的遙遠觀測的測試，原因有幾個。

首先，許多已知的系外行星也是性質相似的氣態巨行星。此外，在進行觀測時，新視野號位於天王星的遠端，距離 105 億公里（65 億英里），可以研究它的暮光新月——這是在地球上無法完成的。

在這個距離上，新地平線號看到的行星影像只有其彩色相機（多光譜可見成像相機）中的幾個像素。

另一方面，哈伯望遠鏡憑藉其高分辨率，在距天王星 27 億公里（17 億英里）的近地軌道上，能夠看到氣態世界白天一側的雲層和風暴等大氣特徵。

麻省理工學院天文學家薩曼莎·哈斯勒說：「雖然我們預計天王星在每個觀測過濾器中的表現都不同，但我們發現天王星實際上比從不同角度獲取的新視野號數據中預測的要暗。

太陽系中的氣態巨行星擁有動態多變的大氣層和不斷變化的雲層。這在系外行星有多常見？

透過從哈伯望遠鏡了解天王星雲層的細節，研究人員得以驗證新視野號資料的解釋。

就天王星而言，哈伯望遠鏡和新視野號都發現亮度沒有隨著行星的旋轉而變化，這表明雲的特徵沒有隨著行星的旋轉而變化。

然而，新視野號探測的重要性與行星如何反射與哈伯或地球上或附近的其他天文台可以看到的不同相位的光有關。

新視野號表明，在部分相位角和高相位角下，系外行星可能比預測的更暗，並且大氣層在部分相位角下反射光的方式有所不同。

「這些具有里程碑意義的新視野號從任何其他方式都無法觀測到的有利位置對天王星進行的研究增加了該任務的新科學知識寶庫，並且與該任務中獲得的許多其他數據集一樣，對我們太陽系的世界產生了令人驚訝的新見解新視野號首席研究員、西南研究所研究員艾倫·斯特恩博士說。

「美國太空總署即將推出的南希·格雷斯·羅馬太空望遠鏡將於 2027 年發射，將使用日冕儀阻擋恆星的光線，從而直接觀察氣態巨行星，」哈斯勒博士說。

“美國宇航局的宜居世界天文台處於早期規劃階段，將成為第一個專門設計用於搜索繞其他恆星運行的地球大小的岩石行星上的大氣生物特徵的望遠鏡。”

「研究像天王星這樣的已知基準如何在遙遠的成像中出現可以幫助我們在為這些未來的任務做準備時有更堅定的期望。這對我們的成功至關重要。

科學家們本週在 DPS56，美國天文學會行星科學分會年會。

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S·哈斯勒 等人。 2024 年。 DPS56

本文改編自 NASA 的原始版本。