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    天王星云层与臭鸡蛋有什么共同之处?

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      爱因斯坦

      硫化氢是一种能使臭鸡蛋散发出独特气味的气体,它弥漫在天王星的上层大气中——这是长期以来争论不休的问题,但从未被证实。基于对双子座北望远镜的敏感光谱观测,天文学家发现了在巨大行星云层顶部的有害气体。这个结果解决了我们在太空中一个邻居而且是一个顽固由来已久的谜题。即使经过了几十年的观察和旅行者2号宇宙飞船的访问,天王星仍然有一个关键的秘密——云的组成。现在地球云层的关键组成部分终于被证实了。

      天王星云层与臭鸡蛋有什么共同之处?

      这张由旅行者2号于1986年1月24日拍摄的新月形天王星的图像揭示了它冰冷的蓝色大气。尽管旅行者2号的飞行距离很近,但直到现在大气层的成分仍然是一个谜。图片:NASA / JPL

      来自英国牛津大学的Patrick Irwin和全球合作者在夏威夷Maunakea的8米双北望远镜捕捉到的天王星的红外光进行了光谱分析。在天王星的云顶发现含硫的硫化氢气体,长期寻找的证据发表在4月23日的《自然天文学》杂志上。双子星座的数据是通过近红外积分场光谱仪(NIFS)获得,该数据是在天王星大气中主要可见云层上方的一个区域采样反射的太阳光。Irwin说:虽然我们试图探测到的这些线仅仅是在那里,但由于NIFS对双子座的敏感性,我们能够毫不含糊地探测到它们,并结合了Maunakea的优美条件。虽然我们知道这些线会处于检测的边缘,但我还是决定在获得的双子座数据中寻找它们。

      美国国家科学基金会的克里斯·戴维斯(Chris Davis)说:这项工作是一种非常创新的应用,它最初设计用来研究遥远星系中心巨大黑洞周围的爆炸环境。使用NIFS来解决我们太阳系长期存在的谜团,是其使用的有力延伸。天文学家长期以来一直在争论天王星云团的组成,以及硫化氢或氨是否主导了云层,但缺乏明确的证据。现在,多亏了改进的硫化氢吸收线数据和奇妙的双子星光谱,有了发现罪魁祸首的指纹,光谱吸收谱线(气体吸收反射太阳光的部分红外光)特别微弱,而且很难根据Irwin检测到。

      在天王星的云层中发现硫化氢含量很高,与内部气体巨行星,木星和土星形成了强烈的对比,没有硫化氢出现在云层之上,而是观察到氨。木星和土星上的大部分云层都是由氨冰组成的,但这似乎不是天王星的情况。这些大气成分的差异揭示了有关行星形成和历史的问题。英国莱斯特大学(University of Leicester)的研究小组成员莱弗莱彻(Leigh Fletcher)补充道:气体巨星(木星和土星)和冰巨行星(天王星和海王星)之间的云层之间的差异,很可能是在这些行星诞生的时候留下的。在太阳系形成过程中,氮和硫之间的平衡(因此氨和天王星的新发现的硫化氢)是由行星形成的温度和位置决定的。

      天王星早期形成的另一个因素是强有力的证据,证明我们太阳系的巨行星很可能是从最初形成的地方迁移过来的。因此,确认这一成分信息对于了解天王星的出生地、演化和行星迁移的细化模型是非常宝贵的。根据弗莱彻的说法,当云层形成的时候,它会将云形成的气体锁在一个深层的内部储层中,隐藏在我们通常用望远镜所能看到的水平之下。只有很小的一部分仍然在云层之上作为饱和蒸汽。这就是为什么在天王星的云层上方捕捉氨和硫化氢的特征是如此具有挑战性的原因。双子座的优越能力最终给了我们幸运的机会。美国宇航局喷气推进实验室的格伦·奥尔顿和研究小组的另一名成员指出:我们强烈怀疑,硫化氢气体在一段时间内影响了天王星的毫米和无线电频谱,但我们无法将其确定为确定所需的吸收。

      现在这个难题的一部分也已经开始了。虽然研究结果为天王星周围的硫化氢含量设定了一个下限,但很有意思的是,即使在这些浓度下,对人类的影响也是很有趣的。如果一个不幸的人从天王星的云里下来,将会遇到非常不愉快的情况。恶臭并不是最糟糕的。I在零下200摄氏度的大气中,氢气、氦气和甲烷所产生的窒息和暴露会使有生命危险!新的发现表明,虽然大气层可能对人类不太好,但这个遥远的世界是探索太阳系早期历史的沃土,也许还能理解太阳系外其他大型、冰冷的星球的物理条件。

      博科园-科学科普|参考期刊文献:Nature Astronomy|来自:双子座天文台

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