科学家发现海王星上的云层在4年内离奇消失了
原创 哈尔鲍曼9000 科学剃刀
2019年底观察到海王星外观的巨大变化，并一直持续到2023年6月。正如使用NIRC2和凯克II望远镜上的自适应光学系统获得的1.63μm（微米）图像汇编所示，从2002年之前到2019年底，海王星有许多以纬度波段组织的云特征。之后，除了南极附近，云层几乎不存在。图像使用Asinh函数显示，该函数与对数刻度显示一样，降低了特征之间的对比度;如果以线性比例显示，则仅显示最亮的要素。图片来源：Imke de Pater、Erandi Chavez、Erin Redwing（加州大学伯克利分校）/W. M. Keck天文台
在近三十年的观测中，海王星上看到的云层第一次几乎消失了。从1994年到2022年，通过W.M.凯克天文台的镜头从夏威夷岛的Maunakea拍摄的蓝色大行星的图像，以及通过美国宇航局哈勃太空望远镜从太空拍摄的视图显示，除了南极之外，云几乎消失了。
发表在《伊卡洛斯》杂志上的观测结果进一步揭示了海王星消失的云层与太阳周期之间的联系 - 这是一个令人惊讶的发现，因为海王星是离太阳最远的主要行星，只接收到我们在地球上获得的阳光的1/900。
加州大学伯克利分校领导的一个天文学家团队发现，通常在冰冷巨人的中纬度地区看到的大量云层在2019年开始消退。
“我对海王星上的云消失速度感到惊讶，”加州大学伯克利分校天文学名誉教授，该研究的资深作者Imke de Pater说。“我们基本上看到云活动在几个月内下降。
“即使在四年后，我们今年六月拍摄的图像显示云层还没有恢复到以前的水平，”哈佛大学天体物理中心的研究生Erandi Chavez说，她在加州大学伯克利分校（UC Berkeley）担任天文学本科生时领导了这项研究。“这是非常令人兴奋和出乎意料的，特别是因为海王星之前的低云活动时期并没有那么戏剧化和延长。
为了监测海王星外观的演变，查韦斯和她的团队分析了1994年至2022年拍摄的图像，使用凯克天文台的第二代近红外相机（NIRC2）及其自适应光学系统（自2002年起），以及利克天文台（2018-2019）和哈勃太空望远镜（自1994年以来）的观测结果。
近年来，凯克天文台的观测得到了凯克天文台暮光观测计划的一部分和哈勃太空望远镜作为外行星大气遗产（OPAL）计划的一部分拍摄的图像的补充。
这些数据揭示了海王星云层变化和太阳周期之间的有趣模式 - 太阳磁场每11年翻转一次，导致太阳辐射水平波动。当太阳发出更强烈的紫外线（UV）时，特别是强烈的氢莱曼α发射，大约两年后海王星上会出现更多的云。研究小组进一步发现，云的数量与冰巨行星反射的阳光亮度之间存在正相关关系。
“这些非凡的数据为我们提供了迄今为止最有力的证据，证明海王星的云层与太阳的周期相关，”德帕特说。“我们的研究结果支持这样的理论，即太阳的紫外线，当足够强大时，可能会触发产生海王星云的光化学反应。
这一系列哈勃太空望远镜的图像记录了海王星上云量的增长和减少。这组近30年的观测表明，云的数量在太阳周期的峰值之后越来越多 - 太阳的活动水平在11年内有节奏地上升和下降。太阳的紫外线辐射水平绘制在垂直轴上。11 年周期沿 1994 年至 2022 年的底部绘制。哈勃望远镜对顶部的观测清楚地显示了云丰度与太阳活动峰值之间的相关性。化学变化是由光化学引起的，光化学发生在海王星的高层大气中，需要时间形成云。资料来源：美国宇航局，欧空局，LASP，埃兰迪查韦斯（加州大学伯克利分校），Imke de Pater（加州大学伯克利分校）
太阳周期和海王星多云天气模式之间的联系来自29年海王星观测期间记录的2.5个云活动周期。在此期间，这颗行星的反射率在2002年增加（亮度最大值），然后在2007年变暗（亮度最小值），在2015年再次变亮，然后在2020年变暗到有史以来的最低水平，这是大多数云消失的时候。
由太阳引起的海王星亮度变化似乎与地球上云层的来来去去相对同步。
然而，鉴于其他因素的复杂性，还需要做更多的工作来解开这种相关性;例如，虽然紫外线阳光的增加会产生更多的云和雾霾，但它也可能使它们变暗，从而降低海王星的整体亮度。海王星上从大气层深处升起的风暴会影响云层，但与光化学产生的云无关，因此可能使与太阳周期的相关性研究复杂化。还需要对海王星进行持续的观测，以了解目前几乎没有云层的情况将持续多久。
这一发现增加了对蓝色世界疯狂活跃和混乱大气的令人兴奋的观察，其特征是甲烷云被超音速风吹动 - 这是我们太阳系任何地方记录的最快风速。最早和最引人注目的图像之一是美国宇航局的旅行者2号航天器在1989年飞越海王星时拍摄的，揭示了一个名为“大黑斑”的巨大风暴系统。此后还发现了其他风暴和黑点，特别是2017年的赤道大风暴和2018年北纬地区的大黑点。
“能够使用地球上的望远镜来研究距离我们超过25亿英里的世界的气候是令人着迷的，”凯克天文台的天文学家，该研究的合著者卡洛斯阿尔瓦雷斯说。“技术的进步以及我们的暮光观测计划使我们能够限制海王星的大气模型，这是理解冰巨行星气候与太阳周期之间相关性的关键。
研究小组继续跟踪海王星的云活动。2023 年 6 月拍摄的最新图像与美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜 （JWST） 捕获近红外和中红外图像时同时获得。
“我们在最近的图像中看到了更多的云，特别是在北纬和高海拔地区，正如过去~2年观察到的太阳紫外线通量增加所预期的那样，”de Pater说。
来自JWST和凯克天文台的综合数据将能够进一步研究导致海王星动态外观的物理和化学，这反过来可能有助于加深天文学家不仅对海王星的理解，而且对系外行星的理解。
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原标题：《科学家发现海王星上的云层在4年内离奇消失了》
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