天文學家現在可能明白為什麽相似的行星天王星和海王星是不同的顏色。利用雙子座北望遠鏡、美國宇航局紅外望遠鏡設施和哈勃太空望遠鏡的觀測結果，研究人員開發了壹個與兩顆行星的觀測結果相匹配的單壹大氣模型。該模型顯示，天王星上過多的霧霾會在這顆行星停滯、緩慢的大氣層中積聚起來，使其看起來比海王星的色調更輕。
海王星和天王星有很多***同點——它們具有相似的質量、大小和大氣成分——但它們的外觀卻明顯不同。在可見光波長處，海王星的顏色明顯更藍，而天王星則是淺青色。天文學家現在對為什麽這兩顆行星顏色不同有了壹個解釋。
新的研究表明，兩顆行星上存在的壹層濃霧比海王星上的類似層更厚，並且比海王星更能“增白”天王星的外觀[1]。如果海王星和天王星的大氣中沒有霧霾，兩者的藍色幾乎相同[2]。
“這是第壹個同時擬合從紫外到近紅外波長的反射太陽光觀測的模型，”歐文解釋說，他是在 《地球物理研究雜誌：行星》 上發表這壹結果的論文的主要作者。“這也是第壹個解釋天王星和海王星可見顏色差異的方法。”
該團隊的模型由不同高度的三層氣溶膠組成[5]。影響顏色的關鍵層是中間層，它是天王星上比海王星上厚的壹層霧霾顆粒（在論文中稱為 Aerosol-2 層）。研究小組懷疑，在這兩顆行星上，甲烷冰凝結在這壹層的顆粒上，將顆粒拉入大氣層深處，形成壹陣甲烷雪。由於海王星的大氣比天王星更活躍、更動蕩，因此研究小組認為，海王星的大氣更有效地將甲烷顆粒攪入霧霾層並產生這種雪。這消除了更多的陰霾，並使海王星的陰霾層比天王星上的薄，這意味著海王星的藍色看起來更強烈。
“我們希望開發這個模型能夠幫助我們了解冰巨星大氣中的雲和霧霾，”加州大學伯克利分校的天文學家、這壹結果背後的團隊成員 Mike Wong 評論道。“解釋天王星和海王星的顏色差異是壹個意外的收獲！”
為了創建這個模型，歐文的團隊分析了壹組行星的觀測結果，包括紫外線、可見光和近紅外波長（從 0.3 到 2.5 微米），這些觀測是由附近的雙子座北望遠鏡上的近紅外積分場光譜儀 (NIFS) 拍攝的。夏威夷的莫納凱亞峰——這是國際雙子座天文臺的壹部分，這是美國國家科學基金會 NOIRLab 的壹個項目——以及來自同樣位於夏威夷的美國宇航局紅外望遠鏡設施和美國宇航局/歐空局的檔案數據哈勃太空望遠鏡。
Gemini North 上的 NIFS 儀器對這壹結果特別重要，因為它能夠為視野中的每個點提供光譜——測量物體在不同波長下的亮度。這為該團隊提供了詳細測量兩顆行星的大氣層在整個行星盤和壹系列近紅外波長範圍內的反射率。
“雙子座天文臺繼續為我們的行星鄰居的性質提供新的見解，”美國國家科學基金會雙子座項目官員 Martin Still 說。“在這個實驗中，Gemini North 在壹套地面和天基設施中提供了壹個組件，這些設施對於大氣霧霾的檢測和表征至關重要。”
該模型還有助於解釋在海王星上偶爾可見但在天王星上不太常見的黑點。雖然天文學家已經意識到兩顆行星的大氣中都存在黑點，但他們不知道是哪個氣溶膠層導致了這些黑點，也不知道為什麽這些層的氣溶膠反射率較低。該團隊的研究表明，他們模型的最深層變暗會產生類似於海王星和天王星上的黑點，從而闡明了這些問題。