业余天文爱好者发现天王星上超强风暴

北京时间11月14日消息,据科学日报报道，当温和的天王星变得狂风暴雨时，它的巨大云系统会变得如此明亮以至于业余的天文爱好者也能够首次观测到天王星朦胧的蓝绿色大气层的细节。“天王星上的天气非常活跃，”美国加利福尼亚州大学伯克利分校天文学教授艾姆克·德·帕特（Imke de Pater）这样说道。他带领的研究小组利用夏威夷凯克天文台的自适应光学设备观察天王星时首次注意到这些天气活动。

                               
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天王星上的超强风暴

“早在2007年就预测到了这种活动类型，当时天王星发生了42年一次的昼夜平分点，太阳直接照耀赤道。”合作调查员、美国大学天文研究协会(AURA)执行副主席海蒂·哈默尔(Heidi Hammel)这样说道。“但我们预测这种活动到现在应该停止了。现在能够观察到这些不可思议的风暴远超出所有人的预料。”

德·帕特、哈默尔以及他们的研究小组于8月5日和6日利用凯克天文台观察天王星时检测到天王星北半球8次巨大的风暴。其中一次是在波长2.2微米观测到的目前为止最明亮风暴，这一波长能够观测到对流层顶下方的云层，对流层顶是同温层最下方边界，压力介于300至500毫巴之间，或者相当于地球表面压力的一半。这一风暴形成了2.2微米的波长,而天王星其它地方反射了所有光的30%。

当业余天文学家听到有关这一活动的消息后，他们立即将自己的望远镜瞄准天王星并惊讶的发现本来一个平淡无奇的蓝色点表面出现了一个明亮的斑点。

法国业余天文学家马克·迪克拉斯(Marc Delcroix)处理了业余爱好者拍摄的图片并证实了法国业余天文学家雷吉斯·德-贝内迪克蒂（Régis De-Bénedictis）拍摄图片上的一个明亮点，其它业余爱好者在9月和10月拍摄的图片里也出现了这个斑点。10月3日和4日迪克拉斯利用法国南峰(Pic du Midi)1米望远镜拍摄的图片也出现了这个斑点。在第二天晚上，“当天王星过境时我拍摄到这一特征，当时心情特别激动，我心想‘终于拍到了！’” 迪克拉斯说道。

“能够观察到天王星上的这种活动我非常喜悦。获得火星、木星或者土星表面的细节现在已经不是难事，但观察到天王星和海王星的细节对我们业余者来说是新的境界，我可不希望错过这千载难逢的好机会。”迪克拉斯表示，他就职于法国图卢兹一家汽车零件供应商，自2006年起他就利用自己后院的望远镜观察天空，尤其是木星，自2012年他就开始偶尔利用南峰望远镜进行观测。“能够亲自证实业余爱好者拍摄的天王星图片里的明亮风暴，我感到非常开心。”

有趣的是，10米凯克II望远镜近红外光观测到的极其明亮的风暴并不是业余天文学家所观测到的，后者位于大气层深处。德·帕特的同事、美国威斯康星大学麦迪逊分校的行星科学家拉里·思若莫斯基（Larry Sromovsky）确定了业余爱好者看到的斑点是8月5日凯克天文台拍摄到的图片里的少数特征之一，它只出现在1.6微米的波长里，而不出现在2.2微米的波长里。这个1.6微米波长的光来自大气层深处，这意味着这一特征位于天王星大气层甲烷冰最上方云层的下方。

“这个云复合体的颜色和形态学表明风暴可能与深层大气层里的涡流密切相关，它与在昼夜平分点观察到的两个大型云复合体非常相似。” 思若莫斯基说道。这样的涡流可能位于大气层深处，跨越了较大的垂直距离，这可以从木星上相似的涡流，包括著名的大红斑推断而来。

由美国弗吉尼亚州汉普顿大学的助理教授库尼·萨雅纳吉(Kunio Sayanagi)带领的天文学家小组借助业余天文学家的观测，为哈勃太空望远镜设立了一个临时观测目标，后者于10月14日拍摄了整个天王星。通过利用一系列波长的观测，哈勃太空望远镜揭示了多个风暴组成部分，延伸距离超过9000千米，覆盖了不同高度的云。

德·帕特、思若莫斯基、哈默尔和威斯康星大学的帕特·弗莱( Pat Fry)在11月12日美国亚利桑那州图森召开的美国天文学协会行星科学分会的会议上展示他们的观测细节。

天王星是一颗冰巨星，直径相当于地球的4倍，大气层主要由氢和氦组成，同时含有少量甲烷使得大气层看起来显示轻微的蓝色。由于它非常遥远——大约是地球和太阳距离的19倍——过去天文学家只能看到该行星表面非常少的细节，直到利用凯克天文台望远镜上的自适应光学设备才显示行星表面特征与木星表面特征非常相似。

德·帕特和她的同事在过去的十多年里一直密切关注天王星，绘制该行星的天气状况，包括循环云的宽度以及行星北极巨大的漩涡风暴和对流特征。明亮的云很可能是由气体引起的，例如甲烷上升至大气层并凝结成具有高反射性的甲烷冰云。

由于天王星并没有内部热源，因此它的大气活动被认为单纯依赖太阳光，而目前太阳在天王星北半球的照射非常微弱。因此天文学家在得知观测结果显示了存在如此密集的活动时感到非常惊讶。

夏威夷大学莫纳分校的助理教授克里斯托弗·巴拉内茨（Christoph Baranec）利用凯克望远镜进行的观测显示这一风暴仍非常活跃，但具有不同的形态学，且活动强度可能有所减小。

“如果这些特征的确是与深层涡流系统相关的气流扰动所产生的高空云层，那么活动强度发生如此巨大的波动也是有可能的。” 思若莫斯基这样说道。“这些意外的观测让我们意识到自己对其它行星大气层大气动力学的理解是多么有限。”

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