近距離觀察天王星：NASA提出的“冰巨人”任務能教給我們什么

2025-11-25 22:18:28 分類：熱點 閱讀(4974)

旅行者2號于1986年1月14日拍攝的天王星圖像。(Image credit: NASA/JPL)
（神秘的近距教地球uux.cn）據美國太空網（By Charles Q. Choi）：研究人員說，前往天王星的離觀沈陽外圍收費標準（電話微信156-8194-*7106）沈陽外圍收費標準快餐全套一條龍包夜任務現在是美國宇航局行星科學家未來任務的首要任務，對這個神秘的察天冰巨人的探索可能會揭示一種現在已知的宇宙中最常見的行星之一。
自從30多年前天文學家發現第一批圍繞遙遠恒星運行的王星務系外行星以來，科學家們已經探測到的提出最常見的外星世界是冰巨人。顧名思義，冰巨人像木星和土星這樣的近距教氣體巨星主要是氣體，而像天王星和海王星這樣的離觀冰巨星富含較重的元素。
關于天王星和海王星還有很多未知。察天盡管太陽系最內部的王星務六顆行星——水星、金星、提出地球、冰巨人火星、近距教沈陽外圍收費標準（電話微信156-8194-*7106）沈陽外圍收費標準快餐全套一條龍包夜木星和土星——都有航天器圍繞其軌道運行，離觀為科學家收集見解，但迄今為止，天王星和海王星只在30多年前經歷過一次飛越，這兩次都是美國宇航局1986年和1989年的旅行者2號探測器。馬里蘭州約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室的行星科學家凱瑟琳·曼特告訴Space.com記者，這些短暫的相遇產生了誘人的行星視圖，留下了比以前想象的更多的問題。
這種對冰巨人知識的缺乏導致行星科學界選擇天王星任務作為美國國家科學、工程和醫學科學院2023-2032年行星科學十年調查中美國宇航局下一個大規模“旗艦”任務的最高優先級。
“潛在的發現將是開創性的，就像卡西尼任務徹底改變了我們對土星、其衛星——特別是土衛六——及其光環的了解一樣，”曼特說。
該提案涉及一個軌道飛行器來收集天王星的數據，以及一個探測器進入天王星的大氣層，從內部掃描這顆行星。這項任務的目的是探索天王星和太陽系的其他部分是如何形成的，并幫助解決關于這顆行星、它的衛星和它的光環的謎團。建議這項任務至少持續五年。
天王星最奇怪的特征之一是，與太陽系的其他行星不同，天王星傾斜如此之大，以至于它基本上以其側面圍繞太陽旋轉，其旋轉軸幾乎指向恒星。
“這種傾斜是瘋狂的——它是太陽系中唯一完全側著的行星，”Mandt說。
這種不尋常的方位可能是由于天王星形成后不久，與一個行星大小的天體或幾個小天體發生了碰撞。“我們可以通過研究行星的組成及其內部結構來判斷這是否屬實，”曼特說。
天王星的側向性質導致這顆行星在其84個地球年的軌道上經歷極端的季節變化，這不同于太陽系的任何其他行星，小天文學家從地球上看到的世界無法解釋他們所知道的天氣模式。Mandt說，UOP可以幫助揭示天王星的大氣層，探測器在一個位置收集詳細的風和溫度數據，軌道飛行器收集整個星球的信息。

天王星向一側傾斜，科學家們不知道為什么。(Image credit: X-ray: NASA/CXO/University College London/W. Dunn et al; Optical: W.M. Keck Observatory)
天王星的傾斜也限制了天文學家對其衛星的觀察。例如，旅行者2號只能拍攝天王星衛星的南半球。探測器確實看到了意想不到的東西。科學家預測天王星的五個最大的衛星是冰冷、死亡的世界，太小了，無法容納它們產生時的熱量，所有這些衛星都顯示出近期表面活動的證據。這提高了一個或多個這樣的衛星的可能性，如Ariel，Titania和Oberon，可能在冰殼下有潛在的可居住的液態水海洋。
UOP將對整個衛星表面進行成像，以搜索正在進行的地質活動。Mandt說，它還將測量它們的磁場是否因液態水的存在而在其內部發生變化。
此外，天王星周圍有九個非常密集、狹窄的環，這表明“牧羊人衛星”的存在，其引力影響使這些環不會迅速擴散并失去其鋒利的邊緣。UOP可以幫助搜索這些額外的牧羊衛星，還可以分析意想不到的暗環粒子，這些粒子的成分明顯不同于天王星衛星表面的成分。
天王星的任務可能不僅揭示了太陽系的起源和演化，也揭示了遙遠行星系統的起源和演化。
“冰巨人有很多方法可以幫助我們了解系外行星，”Mandt說。“已經發現的最大的系外行星群之一在大小和質量上與天王星和海王星相似。我們想知道這些行星是由什么組成的，內部是如何構成的。我們還想更多地了解這顆行星的天氣，以及它與類似的系外行星相比如何。”
隨著時間的推移，巨行星形成并遷移，它們在其他世界的誕生和發展中扮演著重要角色。盡管科學家們已經近距離觀察了太陽系的兩顆氣態巨行星，但他們還需要更多關于天王星和海王星的數據來重建太陽系的歷史。Mandt說，UOP的探測器可以分析天王星大氣中的氮同位素和惰性氣體水平，以幫助驗證哪種巨型行星形成和遷移模型可能是最準確的。
“我們可以在系外行星系統中看到證據，表明巨行星以許多不同的方式遷移——最明顯的一種是熱木星，它們必須在很遠的地方形成，并移動到非常靠近它們的恒星的地方，”Mandt說。“了解我們的行星是如何形成和遷移的，有助于我們了解系外行星系統中發生了什么和沒有發生什么。”
此外，天王星的磁場相當不尋常，因為它不僅與行星的旋轉軸傾斜60度，而且偏離了行星的中心。曼特說，一顆行星如何產生這樣的磁場仍然是個謎。
UOP被建議在2032年發射，以幫助航天器利用木星的巨大引力將其射向天王星。這意味著這項任務將在2050年天王星北半球秋分之前到達，確保衛星的完全可見性。2032年后的軌道不使用木星的引力，但仍然可以在春分之前到達，但將攜帶更少儀器的較小探測器送入軌道，或需要更長時間才能到達。
“我們將了解天王星是如何在哪里形成的，它是由什么組成的，以及它的內部是如何構成的，”曼特說。她補充說，天王星的任務也可能為它更遙遠的表親海王星鋪平道路。
Mandt在2月17日發行的《科學》雜志上的一篇論文中詳細描述了擬議的任務。