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韦布望远镜首次获取了天王星高层大气的详细三维视图，揭示了发光的极光、数千公里高空的热量峰值，以及其倾斜磁场产生的强大影响。数据还证实，该行星长期以来处于持续降温状态。图片来源：欧空局韦布、美国国家航空航天局、加拿大航天局、太空望远镜科学研究所、P.提兰蒂、H.梅林、M.扎马尼（欧空局韦布）

韦布望远镜首次以三维视角揭示天王星高层大气，展现出壮观的极光以及一颗仍在缓慢冷却的行星。

天文学家首次绘制出天王星高层大气自下而上的详细分层结构图。该国际研究团队通过追踪温度及电离粒子随高度的变化，更清晰地揭示了行星云层上方广阔区域的大气状况。

为此，他们利用詹姆斯韦布空间望远镜及其近红外光谱仪（NIRSpec），对天王星进行了持续观测，时长接近其一次完整自转，并捕捉到高层大气中微弱的分子辐射发光现象。这些发现为理解冰巨星在最外层大气中的环流机制与能量平衡过程提供了新的认识。

天王星自转延时影像

这段延时影像展示了詹姆斯韦布空间望远镜拍摄的天王星完整自转过程。得益于其位于日地拉格朗日L2点的轨道位置，韦布望远镜得以对这颗行星进行约17小时的连续观测。图片来源：欧空局韦布、美国国家航空航天局、加拿大航天局、太空望远镜科学研究所、P.提兰蒂、H.梅林、M.扎马尼（欧空局韦布）

探索天王星的电离层与磁场

这项研究由英国诺森比亚大学的保拉蒂兰蒂领导。科学家在云层上方高达5000公里处测量了温度和离子密度，该区域被称为电离层，大气在此处发生电离，并与行星磁场发生强烈相互作用。

这是我们首次能够以三维方式观测天王星的高层大气，保拉说道，凭借韦布望远镜的高灵敏度，我们得以追踪能量如何在行星大气中自下而上地传输，甚至能观测到其不对称磁场的影响。

天王星长期大气冷却

韦布望远镜的观测显示，天王星高层大气仍在持续降温，这一趋势最早可追溯至20世纪90年代初。研究人员计算得出其平均温度约为426开尔文（约150摄氏度），低于此前地面望远镜或早期航天器任务所报告的温度值。

在天王星磁极附近探测到两条明亮的极光带，同时在两条极光带之间的部分区域观测到辐射强度和离子密度降低（这一特征很可能与磁力线的形态变化有关）。

极光带与异常磁层

韦布望远镜观测到天王星磁极附近存在两条明亮的极光带。在这两条极光带之间，研究团队探测到辐射强度与离子密度均明显下降（这一暗弱区域很可能与磁力线结构的过渡有关）。类似暗弱区域在木星上也曾被观测到，其形态由木星磁场的结构所决定，进而影响带电粒子在行星高层大气中的运动路径。

天王星的磁层是太阳系中最奇特的磁层之一，保拉补充道，它的方向倾斜且偏离行星自转轴，导致其极光以复杂的方式扫过行星表面。韦布望远镜现已揭示出这些效应深入大气层的程度。通过以前所未有的细节展现天王星的大气垂直结构，韦布望远镜正帮助我们理解冰巨星的能量平衡。这是表征太阳系外巨行星的重要一步。

相关研究结果发表于《地球物理研究快报》。

詹姆斯韦布空间望远镜揭示天王星电离层的垂直结构

这些结果基于詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）普通观测项目5073号（首席研究员：英国诺森比亚大学H.Melin）的观测数据。科学家利用NIRSpec的积分视场单元对天王星进行了连续15小时的观测研究。

韦布空间望远镜是有史以来发射升空的最强大空间望远镜。作为一项国际合作项目，欧洲航天局提供了发射服务，使用的是阿丽亚娜5型运载火箭。欧洲航天局还负责了阿丽亚娜5型火箭为执行该任务所必需的适应性改造，并通过阿丽亚娜航天公司协调实施发射。此外，欧洲航天局提供了近红外光谱仪（NIRSpec）仪器，并承担了中红外仪器（MIRI）50%的研制工作；该仪器由欧洲多家国家级资助的研究机构组成的MIRI欧洲联合体主导设计与建造，并与美国喷气推进实验室及亚利桑那大学合作完成。

詹姆斯韦布空间望远镜是一项由美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）和加拿大航天局（CSA）共同开展的任务。

BY: European Space Agency (ESA)

FY: AI

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