NASA利用哈勃望远镜和新视野号冥王星探测器的史诗级联合拍摄天王星图像
这项研究展示了直接拍摄更多的太阳系外行星所需的条件。
左图：哈勃太空望远镜拍摄的天王星。右图：新视野号冥王星探测器拍摄的冰巨星（天王星）。
（图片来源：NASA，ESA，STScI，Samantha Hasler（麻省理工学院），Amy Simon (NASA-GSFC)，新视野号行星科学主题团队）
NASA的两艘航天器联手拍摄天王星的直接图像。
哈勃太空望远镜和新视野冥王星探测器组成了一支出色的团队，共同探索这颗神秘的太阳系第七颗行星。
天王星是太阳系中最冷的星球，它被两种设备拍摄到的的图像和角度都截然不同。当新视野号将其视为一团模糊的斑点时，哈勃望远镜以高分辨率研究了这颗冰巨星。这实际上为天文学家提供了一个观察冰巨星的新视角，哈勃望远镜观察天王星的大气层的活动，新视野号也观测并补充了关键的背景信息。
尽管天文学家对天王星还有很多疑问，但与太阳系外行星相比，它已经得到了相对深入的研究。人们希望这种观测天王星的新方式，能够为天文学家在使用新一代望远镜直接观测系外行星时提供一份强有力的新指南，因为这个过程出了名的难。
“虽然在我们预期中，天王星在每种观测滤镜下会有不同的景象，但是在新视野号通过不同视角拍摄的数据中我们发现，天王星实际上比预计的要暗淡。”麻省理工学院新视野号科学团队合作者萨曼莎·哈斯勒在一份声明中说到。
为什么要对系外行星直接成像？
自从20世纪90年代发现第一颗系外行星以来，天文学家已经发现了6000多颗这样的行星，还有数千个行星正等待确认。
大多数系外行星因为它们穿过或“凌越”母星表面时造成的星光减弱而被发现和研究的。较少的系外行星通过它们对母星的引力“拖拽”，导致母星运动出现微小的“摆动”而被探测和研究的。实际上，只有极少数的系外行星可以被直接拍摄到。
这是因为即便是距离太阳系最近的系外行星——比邻星b，距离也足足有4光年，这大约是地球和天王星的13480倍。这意味着，即便当天文学家成功的直接成像一个系外行星——通常仅在它们被其母星照亮时——它看起来也只是一个微小的斑点。
直接拍摄系外行星是非常有价值的，因为它可以揭示其是否具备支持生命存在的条件。它也可以展示其与太阳系行星的相似之处，这可以帮助天文学家更好的理解行星的形成过程。
这就是天王星的重要所在。
（左）哈勃拍摄和（右）新视野号拍摄的天王星。每张图上方是两个航天器观测天王星的视角示意图。（图片来源：NASA，ESA，STScl，萨曼莎·哈斯勒（MIT），艾米·西蒙（NASA-GSFC），新视野号行星科学主题组）
天王星研究系外行星的优良替代品，原因有几个。例如，许多已知的系外行星都是气态巨行星，成分与天王星相似。此外，新视野号能够在其距离天王星65亿英里的时候（105亿公里）对它进行探测，从而使多光谱可见光成像相机能够捕捉到该行星所谓的“暮光弯月”，这对研究系外行星也很有帮助。
当新视野号在进行远距离观测时，哈勃望远镜正绕着我们地球的低轨道运行，距离天王星仅有17亿英里（27亿公里）。这意味着这颗于1990年发射的长期服役的太空望远镜，能清晰的观察到天王星朝向太阳的“白天”的大气特征，发现了天王星的云层和风暴。
“天王星在新视野号的观测中只是一个小点，类似于詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）或地面天文台直接拍摄的系外行星的图像所看到的点，”哈斯勒继续说道。“哈勃望远镜提供了在新视野号观测时天王星大气活动的背景信息。”
NASA未来的太空望远镜前景广阔，无惧挑战
关于系外行星，研究人员迫切希望回答的是，它们是否具有与太阳系行星类似的云层，尤其是气态巨行星和冰巨行星的云层。
在太阳系中，气态巨行星木星和土星，以及冰巨行星天王星和海王星，都拥有动态的大气层和变化的云层。然而，我们目前并不清楚系外行星的气态巨行星是否也具有类似的环境。
研究团队利用哈勃望远镜收集的天王星云层细节来验证新视野号太空飞船所见的情况。新视野号于2006年发射，曾执行近距离飞月冥王星的任务，并于2015年成功完成。通过研究对比，天王星的亮度并不会随着行星的旋转而变化，这表明天王星的云层特征并不会随着行星的旋转而发生变化。
詹姆斯韦伯太空望远镜拍摄到的天王星（图源：NASA，ESA，CSA，STScI）
新视野号与哈勃望远镜不同的观测角度也表明，当恒星被它们的行星部分照亮时（这是拍摄系外行星的常见情况），它们的亮度可能比预计的要暗。此外，观测还显示，在行星的部分照亮阶段，行星大气层反射光的方式也有所不同。
“这些来自新视野号探测器关于天王星的标志性研究，得益于独特的观察角度，进一步为任务丰富了新的科学知识宝库。并且像任务的其他数据集一样，提供了关于我们太阳系行星令人惊讶的新见解。”新视野号首席研究员，南希研究所的艾伦斯特恩在声明中表示。
该团队的研究有助于为NASA下一代大型太空望远镜——南希•格雷斯•罗曼太空望远镜（简称罗曼）对系外行星的研究。罗曼望远镜计划于2027年发射，将使用一种名为日冕仪的设备来屏蔽系外行星所绕恒星发出的光线，从而更清晰的观察这些行星。
展望未来，NASA的“可居住行星天文台”，目前处于初步规划阶段，将成为首个专门设计用于寻找类地岩石行星上生物特征的太空望远镜。
“研究像天王星这样已知基准在遥远成像中的表现，能帮助我们在为未来的任务做准备时有更加文件的预期，这对我们的成功至关重要。”哈斯勒总结道。
该团队的研究成果将于本周的10月6至10日，美国天文学会行星科学分会在爱达荷州博伊西举行的第56届年会上展示。
BY:Robert Lea
FY: casyo8
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