2026年2月19日，歐空局發(fā)布了關(guān)于天王星的最新研究成果——由英國諾森比亞大學Paola Tiranti領(lǐng)銜的國際團隊，借助詹姆斯·韋伯空間望遠鏡的近紅外攝譜儀，在2025年1月對天王星完成15小時持續(xù)觀測后，首次繪制出這顆冰巨行星的3D極光及上層大氣垂直結(jié)構(gòu)圖，相關(guān)研究發(fā)表于《地球物理研究快報》。

此次觀測不僅捕捉到天王星之上5000公里的大氣細節(jié)，還精準測得其高層大氣平均溫度為426開爾文（約153℃，注：此溫度與地球表面環(huán)境下的實測溫度并不一致，要低很多），證實這顆行星的上層大氣自上世紀90年代起的持續(xù)冷卻趨勢仍在延續(xù)，相關(guān)數(shù)據(jù)刷新了地面望遠鏡和過往航天器的觀測紀錄。

韋伯的“火眼金睛”：解鎖天王星的3D大氣密碼

在太陽系的行星家族中，天王星一直是個“低調(diào)的神秘客”，其距離地球相當遙遠，因亮度低、研究難度大，此前人類對其認知大多停留在“躺著轉(zhuǎn)的冰巨星”層面。而韋伯望遠鏡就像給天文學家裝上了“超高清3D眼鏡”，憑借專屬的近紅外攝譜儀（NIRSpec），打破了以往的觀測局限。

這款光譜儀堪稱韋伯的“核心探測神器”，能捕捉到天體發(fā)出的微弱近紅外光，還能將光分解成光譜，像“指紋識別”一樣解析天體的溫度、物質(zhì)構(gòu)成等關(guān)鍵信息，其搭載的微快門系統(tǒng)還能同時觀測多個目標，精度拉滿。

此次觀測中，它死死“盯住”天王星近乎完整的自轉(zhuǎn)過程，捕捉到云層上方分子發(fā)出的微弱光芒，成功繪制出從云頂向上5000公里電離層的溫度與離子密度分布圖，讓人類第一次以三維視角看清這顆行星的高層大氣。

更有趣的是，韋伯還發(fā)現(xiàn)了天王星大氣的“神奇錯位”：大氣溫度在3000-4000公里高度達到峰值，而帶電離子的密度最大值卻出現(xiàn)在1000公里處，就像一場“溫度與粒子的隔空賽跑”。這種看似反常的分布，恰恰暴露了天王星大氣內(nèi)部復雜的能量傳輸機制，也為后續(xù)研究埋下了關(guān)鍵線索。

3D極光背后：太陽系最“歪”的磁場在“搞事情”

如果說天王星的3D極光是此次觀測的“視覺亮點”，那造就這一奇觀的，正是它那太陽系獨一份的“歪脖子”磁場——這顆行星的磁軸與自轉(zhuǎn)軸存在60度左右的偏角，磁層呈現(xiàn)出明顯的“不對稱”特征，被科學家稱為“太陽系最奇怪的磁層”。

我們熟知的地球極光，是帶電粒子沿磁軸沖向兩極形成的，形態(tài)相對固定，而天王星的“歪磁場”，讓極光的形成和運動變得無比復雜。韋伯的3D圖像清晰顯示，天王星的兩個磁極附近各有一條明亮的極光帶，而極光帶之間的區(qū)域，離子密度卻明顯降低，形成了獨特的“黑暗地帶”，這一特征和木星上的磁場相關(guān)區(qū)域高度相似。

研究人員解釋，這是因為歪斜的磁場線發(fā)生轉(zhuǎn)變，阻擋了帶電粒子的流動，就像在大氣中設(shè)下了“交通管制”，而這種磁場與大氣的相互作用，還直接導致了天王星大氣數(shù)據(jù)的縱向變化，證明其大氣層的動力學遠比科學家預想的更復雜。

值得一提的是，天王星之所以會有如此“奇葩”的磁場和98度的極端自轉(zhuǎn)軸傾斜，科學界主流觀點認為，是早期太陽系形成時，它遭遇了一次巨型天體的撞擊，就像被狠狠撞了一下“腰”，從此便以“躺著”的姿勢繞太陽旋轉(zhuǎn)，磁場也跟著“歪了身子”。

而韋伯的觀測，首次讓人類直觀看到這一撞擊的“后遺癥”，是如何深入影響這顆行星的大氣環(huán)境的。

降溫仍有153℃：天王星的“冷知識”藏著大奧秘

看到“天王星持續(xù)降溫”的結(jié)論，不少人會疑惑：都降溫了，高層大氣怎么還有153℃？這其實是對行星大氣溫度的一個常見誤解——天王星的“冷卻”是相對自身歷史數(shù)據(jù)的持續(xù)走低，而非我們?nèi)粘＠斫獾摹白兝涞降蜏亍?，而其高層大氣能保持百攝氏度以上，和行星的能量平衡、磁場活動密切相關(guān)。

此次韋伯測得的426開爾文（153℃），不僅低于地面望遠鏡的觀測記錄，還比1986年“旅行者2號”飛掠時的測量值更低，證實這一冷卻趨勢從20世紀90年代初開始，已持續(xù)了三十多年，且降溫速度約為每十年1.5開爾文。

更讓科學家意外的是，這一趨勢無法用傳統(tǒng)的“太陽輻射變化”來解釋，因為天王星接收到的太陽能量本就極少，僅為地球的千分之一，其持續(xù)冷卻，暗示著行星內(nèi)部可能存在未知的冷卻機制，比如磁場與大氣環(huán)流的耦合效應，正在讓天王星的內(nèi)部熱量以意想不到的方式散失。

而看似“高溫”的153℃，則出現(xiàn)在天王星的高層電離層，這里的大氣被太陽輻射和行星磁場電離，粒子運動劇烈，溫度自然偏高，而天王星的低層大氣和行星內(nèi)部，卻是名副其實的“冰寒世界”，溫度低至零下224℃左右，這種“上熱下冷”的大氣結(jié)構(gòu)，也是冰巨行星的典型特征。韋伯的精準測溫，為科學家構(gòu)建天王星的能量平衡模型，提供了最關(guān)鍵的定量依據(jù)。

不只是天王星：冰巨行星研究，照見系外行星的奧秘

此次韋伯望遠鏡的觀測成果，遠不止解鎖了天王星的幾個新秘密，更讓人類對冰巨行星的認知，邁入了三維立體觀測的新時代，而這一研究的意義，早已超出了太陽系的范疇。

在太陽系中，天王星和海王星是僅有的兩顆冰巨行星，它們的主要成分并非氫氦，而是水、氨、甲烷等冰狀物質(zhì)，質(zhì)量和體積介于氣態(tài)巨行星和巖石行星之間。

而在太陽系外，科學家已發(fā)現(xiàn)大量類似的“超級冰巨行星”，它們是宇宙中最常見的行星類型之一，但由于距離遙遠，人類對其認知幾乎一片空白。天王星作為太陽系內(nèi)的“冰巨行星樣本”，其大氣結(jié)構(gòu)、磁場特征、熱演化規(guī)律，都是研究系外冰巨行星的“活教材”。

此次研究中，科學家通過解析天王星的磁場-大氣耦合過程，摸清了冰巨行星的能量傳輸機制，這些發(fā)現(xiàn)能直接應用于系外行星研究，幫助科學家判斷遙遠的系外冰巨行星是否具備復雜的大氣活動，甚至為尋找宜居行星提供參考。正如研究負責人Paola Tiranti所說，“韋伯望遠鏡揭示的天王星垂直結(jié)構(gòu)，是朝著描述太陽系以外的巨行星邁出的關(guān)鍵一步”。

韋伯的使命：為太陽系邊緣的“神秘客”正名

在此之前，人類對太陽系的探索，大多集中在地球、火星等近地行星，以及木星、土星等氣態(tài)巨行星上，天王星和海王星長期處于“被忽視”的狀態(tài)，僅有“旅行者2號”在數(shù)十年前完成過一次飛掠觀測，留下的資料有限。而韋伯望遠鏡的出現(xiàn)，讓這些太陽系邊緣的“神秘客”，終于迎來了專屬的“高清特寫”。

此次對天王星的觀測，只是韋伯探索冰巨行星的開始，憑借其超強的探測能力，未來它還將對海王星展開更細致的觀測，進一步揭開冰巨行星的神秘面紗。而這些探索，不僅能補全人類對太陽系形成和演化的認知，更能讓我們明白，在宇宙中，行星的形態(tài)遠不止“巖質(zhì)”和“氣態(tài)”兩種，冰巨行星的獨特演化，藏著太陽系乃至宇宙形成的重要密碼。

從地球到太陽系邊緣，從系內(nèi)行星到系外世界，韋伯望遠鏡就像一座“宇宙橋梁”，讓人類的視野不斷延伸。而天王星的3D極光和持續(xù)冷卻的奧秘，只是這座橋梁上的一個小小路標，未來，還有更多宇宙的精彩，等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。