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天王星的季节,一个横向的世界

一个蓝色的球体,顶部有一顶白色的帽子,周围有一缕缕白云。
这张天王星的照片是由哈勃太空望远镜于2018年11月拍摄的。它显示了地球北极广泛的暴风雨云覆盖。天王星的季节与地球的季节相比是很奇怪的。图像通过美国国家航空航天局/ ESA/ A. Simon等。

天王星的奇怪季节

天王星有奇异的季节。至少,这是我们地球上的观点。当我们探索系外行星以及他们遥远的太阳系——或者想想行星卫星,或者小行星——谁知道我们会发现多大的差异?但我们知道这一点。天王星有奇异的季节,与地球和其他大行星相比太阳系。这是因为天王星的自转轴相对于其绕太阳公转的轨道非常倾斜。其他行星绕着我们的恒星优雅地垂直旋转,与之相比,天王星似乎是滚动围绕着太阳,像一个滚动的球。

地轴倾斜23.5度垂直于我们绕太阳轨道的平面。天王星的轴倾斜了98度!所以天王星几乎是向太阳系平面倾斜的,而太阳系是一个平面,几乎所有的行星和卫星都在其中运行。

说到它的轨道,天王星的轨道距离太阳18亿英里(280亿公里)。所以天王星绕太阳一周需要很长时间。它的“年”是地球的84年。这使得它的四季都有21年之久。这也是我们在地球上认为天王星的季节很奇怪的另一个原因。

和地球一样,天王星的轨道几乎是圆形的,所以它与太阳的距离始终大致相同。不像火星,它的轨道更椭圆天王星与太阳的距离并不是季节变化的一个因素。

相反,就像在地球上一样,天王星的倾斜给了它四季。

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极端的倾斜意味着极端的季节

所以想想天王星的倾斜是如何影响它的季节的,与地球的季节不同。这是一个区别。地球的倾斜意味着我们的南北两极地区午夜的太阳在夏天又长了极夜在冬天。由于地轴倾斜相对较小,地球两极的黑暗和明亮时间影响地球的相对较小的一部分。

但是天王星自转轴的倾斜度——98度——是巨大的。因此,在夏季,天王星的一极加上天王星半球的一大部分连续面向太阳长达21年。与此同时,天王星的另一半——冬季的那一半——处于黑暗状态达21年之久。那是一个漫长的极夜,一个漫长的午夜太阳!

天王星上的春天和秋天同样奇怪。在天王星的春分前后,阳光照射到天王星的赤道区域。在这些季节里,天王星上一天的长短对其气候起着重要的作用。天王星绕地轴自转大约每17小时14分钟。所以它的昼夜循环持续这么长时间。

所以,在地球的春季和秋季的大部分时间里,地球上很大一部分地区大约每17个小时就有白天和黑夜。这与夏天和冬天的季节形成了鲜明的对比,那时地球的一半要么处于黑夜,要么处于白天。

天王星的季节:图:天王星在其轨道上的四个位置,轴指向太阳,并在不同的季节平行于轨道。
这张图显示了天王星在其轨道上的四个位置。1986年,当旅行者2号经过火星时,火星的南极正对着太阳,大气没有显示出太多的活动。2007年,太阳照耀着地球的赤道,形成了17个小时的昼夜循环。地球和太空观测站揭示了天王星大气中更多的活动,如云的特征和大气带。图像通过m·肖沃特以及M. Gordon/ SETI研究所/SSEC.使用许可。

光滑,无特征的淡蓝色球,黑色背景。
1986年旅行者2号看到的蓝色天王星。旅行者号在天王星南半球的夏季遇到了它。图像通过美国国家航空航天局PhotoJournal

我们从地球和宇宙飞船上看到的

极端的季节变化导致天王星的云模式发生了戏剧性的变化。几十年来,地球和太空天文台都观测到了天王星的这种变化。旅行者2号宇宙飞船是唯一飞过天王星的地球飞船。那是在1986年。旅行者2号是在南半球的夏天遇到这个世界的。宇宙飞船看到的天王星是蓝色的,没有任何特征。

在旅行者2号飞越天王星之后的这些年里,天文观测技术变得更加强大。随着天王星84年绕太阳公转,我们已经看到天王星上的季节变化。

自从旅行者2号的观测以来,天王星已经摆脱了长达几十年的冬/夏季节。它的南半球秋分发生在2007年;那时太阳正照耀在天王星的赤道上。阳光多年来第一次照射到某些纬度地区。大气中的光和热引发了规模堪比北美的巨大风暴(但温度为-300华氏度/-184摄氏度),是地球大气中的亮点。

大约在那个时候,地球和太空望远镜发现了天王星大气中更多的云。太阳几十年来第一次照射到行星的部分,环绕行星的光带的大小和亮度都发生了变化。另外,一个暗点出现了——以及更多的亮点——观察者能够跟踪多年来

在未来的几十年和几年里,当天王星再次移动到它轨道上漫长的冬季/夏季部分时,我们还会看到什么呢?

蓝色条纹行星与插图显示扩大的黑点。
天王星上的黑点是在其北半球接近秋分时出现的,它大到足以吞没美国的三分之二。图像通过美国国家航空航天局/ ESA/ L. Sromovsky和P. Fry。
太空中的行星,有很薄的光环和几个卫星。行星上有五颜六色的条纹和斑点。
这张2004年的天王星照片是用滤镜拍摄的,滤镜的设计是为了分离非常特定的东西波长的光在这种情况下,云层的高度和厚度的变化是不可见的。该行星周围区域的图像被增强,以显示土星环和一些行星的卫星。图像通过美国国家航空航天局/ Erich Karkoschka。

底线:天王星的旋转轴有一个非常大的倾斜,导致极端的季节变化。这就导致了在地球的春季和秋季,大气层的活动增加。

发布
2021年11月4日
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