國(guó)際天文學(xué)界近日取得一項(xiàng)突破性成果——由英國(guó)諾森比亞大學(xué)Paola Tiranti領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)，借助詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)，首次構(gòu)建出天王星高層大氣的三維結(jié)構(gòu)模型。該研究不僅繪制了這顆冰巨行星從云頂向上延伸5000公里的溫度與帶電粒子分布圖，更揭示了其大氣動(dòng)力學(xué)與磁場(chǎng)相互作用的復(fù)雜機(jī)制。

研究團(tuán)隊(duì)動(dòng)用韋布望遠(yuǎn)鏡搭載的近紅外攝譜儀，在2025年1月對(duì)天王星進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)15小時(shí)的連續(xù)觀測(cè)。通過捕捉云層上方分子發(fā)出的微弱紅外輻射，科學(xué)家成功獲取了傳統(tǒng)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡難以探測(cè)的高層大氣信息。這些數(shù)據(jù)經(jīng)分析后顯示，天王星大氣溫度在3000至4000公里高度達(dá)到峰值，而帶電粒子密度最大值卻出現(xiàn)在約1000公里處，形成明顯的垂直錯(cuò)位分布。

論文發(fā)表于《地球物理研究快報(bào)》的這項(xiàng)研究指出，天王星大氣層存在顯著的縱向變化特征。這種分層現(xiàn)象與其獨(dú)特的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)——該行星的磁軸與自轉(zhuǎn)軸存在約60度的偏角，導(dǎo)致磁層呈現(xiàn)強(qiáng)烈的不對(duì)稱性。研究負(fù)責(zé)人Tiranti解釋稱，這種"歪斜"的磁場(chǎng)持續(xù)扭曲著大氣環(huán)流，使得能量傳輸過程比此前模型預(yù)測(cè)的更為復(fù)雜。

觀測(cè)數(shù)據(jù)還證實(shí)了天王星高層大氣長(zhǎng)期冷卻的趨勢(shì)。最新測(cè)得的平均溫度為426開爾文（約153攝氏度），較20世紀(jì)90年代地面觀測(cè)記錄下降約15%，也低于旅行者2號(hào)探測(cè)器1986年飛掠時(shí)測(cè)得的數(shù)據(jù)。這一發(fā)現(xiàn)為理解冰巨行星的熱演化機(jī)制提供了關(guān)鍵參數(shù)，特別是關(guān)于內(nèi)部熱源與太陽輻射的能量平衡問題。

科研人員特別強(qiáng)調(diào)，韋布望遠(yuǎn)鏡的近紅外探測(cè)能力使人類首次看清冰巨行星高層大氣的真實(shí)狀態(tài)。通過追蹤能量垂直傳輸路徑，科學(xué)家現(xiàn)在能夠直觀觀察磁場(chǎng)如何塑造大氣環(huán)境——例如在磁極區(qū)域觀測(cè)到異常的溫度波動(dòng)，以及離子密度隨磁場(chǎng)線分布的特殊模式。這些發(fā)現(xiàn)將推動(dòng)行星大氣模型向更精細(xì)的三維動(dòng)態(tài)模擬發(fā)展。