科技日历丨天王星光环被发现 黯淡且薄没有土星环漂亮耀眼

我们都知道土星周围有着美丽的光环，甚至你可以用后院的望远镜就能看到它们。但是你知道天王星也有光环吗？

1977年3月10日，由詹姆斯•艾略特、爱德华•杜汉姆和杰西卡•明克组成的天文小组首次发现了天王星的光环。

200多年前，当威廉•赫歇尔第一次发现天王星时，他也报告说看到了光环，但那可能是不可能的，因为天王星的光环非常暗且薄。

一组来自康奈尔大学的研究人员从澳大利亚珀斯出发，登上了柯伊伯机载天文台，希望拍摄天王星对SAO 158687星的掩星图像。

图片来源：NASA/1986年，“旅行者2号”宇宙飞船第一次直接拍摄到了天王星环的图像。

杰西卡•明克(Jessica Mink)是那天飞机上的研究人员之一。“我们小组当时的研究是观测行星的掩星，简单来说就是恒星被行星挡住了。如果你在地面上观察，经常会被云层遮住，这很让人沮丧，所以我们求助于美国宇航局的柯伊伯机载天文台，让我们飞到云层之上。”

据悉，当时团队有三个人，詹姆斯•艾略特是主要调查员，借助柯伊伯机载天文台也是他的主意。另外一人爱德华•杜汉姆当时正在做行星掩星博士论文项目。

当时的计划是在掩星期间研究天王星的大气。他们想要观察恒星随着时间的推移被阻挡，从而了解行星的温度和压力结构。当行星周围的大气对恒星进行聚焦和去聚焦时，你会得到一堆尖峰，然后在行星的两边寻找相同的尖峰。

3月10日，这颗行星由于神秘的一颗恒星，结果发现最好的观测地点是在印度洋上空，所以研究人员从飞机的基地加利福尼亚飞往澳大利亚的珀斯。

据研究人员回忆，那一天是一个漫长的旅途，一次性飞了11个小时，在克尔盖伦群岛上空某个地方掉头。由于飞得太远了，失去了无线电联系，后来，因为担心出现最坏的情况，我甚至动员了空中救援服务。

他们用模拟图表记录器观察读数，但在主要事件发生之前，遇到了一堆意料之外的情况。研究小组最初发现了5个环，后来在数据中又发现了4个环。

1986年，“旅行者2号”飞过天王星，发回了第一批直接的环的图像，发现了另外2个环。20年后，哈勃太空望远镜发现了一对外环，总数达到13个。

因此，天文学家现在知道天王星有13个不同的环，它们从天王星中心38000公里处开始，然后延伸到98000公里处。

土星的光环非常明亮，由水冰组成，而天王星的光环相对较暗。这些环不是由灰尘组成的，而是由更大的块组成，直径为0.2到20米。这些甚至可以被称为巨石，而不是灰尘。它们也很薄。每个环只有几公里厚。

天王星的光环被认为是非常年轻的，不超过6亿年。它们可能来自几个牧羊人卫星，它们被天王星的引力粉碎，变成环绕天王星的光环。这些碎块相互碰撞，变成越来越小的粒子。

虽然天王星的光环很暗，但在智利高沙漠地区的两架大型望远镜拍摄到的天王星最新热图像中，它们亮得出奇。

在2019年的一项研究中，新拍摄的图像由阿塔卡玛大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)和 Very Large Telescope (VLT) 允许团队第一次测量光环的温度：77 开氏度——液态氮的沸点和相当于零下320华氏度。

观测结果还证实，天王星最亮、密度最大的环，也就是所谓的ε环，与我们太阳系中其他已知的环系不同。

加州大学伯克利分校的天文学教授伊姆克•德•佩特说:“土星主要的冰环又宽又亮，有一系列大小不一的粒子，从最里面的D环中微米大小的尘埃，到主环中几十米大小的尘埃。”“小的一端在天王星的主环中消失了；最亮的环是由高尔夫球大小和更大的岩石组成的。”

相比之下，木星的光环大多包含微米大小的小颗粒。海王星的环也大多是尘埃，甚至天王星在它狭窄的主环之间也有大片的尘埃。

“我们已经知道环有点奇怪，因为我们看不到更小的东西。”研究生Edward Molter说。“有些东西把小的东西都扫出去了，或者它们都粘在一起了。我们只是不知道。这是朝着了解它们的组成以及是否所有的环都来自相同的原料，还是每个环都不同迈出的一步。”

环可能是以前被引力捕获的小行星，可能是卫星的残余物，这些残余物相互撞击并粉碎，也可能是卫星的残余物，因为太靠近天王星而被撕裂，也可能是45亿年前形成时的残余物。

“天王星的光环在组成上与土星的主光环不同，在光学和红外方面，它的反照率要低得多:它们真的很暗，就像木炭一样。”Molter说。“与土星环相比，它们也非常窄。最宽的ε环的宽度从20公里到100公里不等，而土星的ε环的宽度是100公里或数万公里。”