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海王星和天王星有很多共同點：它們有相似的質(zhì)量、大小和大氣成分，但它們的外觀有著顯著的不同。在可見光波段，海王星有明顯的藍色，而天王星有微弱的青色。新的研究可以解釋為什么這兩顆行星的顏色不同。
新的研究表明，兩顆行星上都存在的一層濃霧，但天王星上比海王星更厚，比海王星的外觀“更白”。這種變白效果類似于系外行星大氣中的云如何使系外行星光譜中的特征變得暗淡。如果海王星和天王星的大氣中沒有這層霧，它們看起來幾乎是一樣的藍色。
天王星（左）與地球（中）與海王星（右）
這個結(jié)論來自一個模型，由牛津大學(xué)行星物理學(xué)教授帕特里克·歐文（Patrick Irwin）領(lǐng)導(dǎo)的一個國際團隊開發(fā)了一個模型，用于描述海王星和天王星大氣中的氣溶膠層。以前對這些行星高層大氣的研究集中在大氣層在特定波長下的外觀上。然而，這個由多個大氣層組成的新模型與兩顆行星在寬波長范圍內(nèi)的觀測結(jié)果相匹配。新模型還包括更深層中的霧霾顆粒，這些顆粒以前被認為只含有甲烷和硫化氫冰云。這是第一個同時擬合從紫外線到近紅外波長的反射太陽光觀測的模型
云出現(xiàn)在海王星的動態(tài)大氣層中，這是旅行者2號在1989年拍攝的一幅圖像。
該團隊的模型由三層不同高度的氣溶膠組成。最深的層（氣溶膠-1層）很厚，由硫化氫冰和行星大氣與陽光相互作用產(chǎn)生的顆粒的混合物組成。頂層是一層延伸的霧霾（氣溶膠-3層），類似于中間層，但更脆弱。在海王星上，大的甲烷冰粒也在這個層上方形成。
影響顏色的關(guān)鍵層是中間層，這是一層霧霾顆粒（在論文中稱為氣溶膠-2層），在天王星上比在海王星上更厚。研究小組懷疑，在這兩顆行星上，甲烷冰凝結(jié)到這一層的顆粒上，在甲烷雪雨中將顆粒拉入大氣層更深處。由于海王星的大氣層比天王星更活躍，湍流，因此該團隊認為海王星的大氣層在將甲烷顆粒攪動到霧霾層。這去除了更多的霧霾，并使海王星的霧霾層比天王星上更薄，這意味著海王星的藍色看起來更純正。
天王星
為了創(chuàng)建這個模型，Irwin的團隊分析了一組行星的觀測結(jié)果，包括紫外線，可見光和近紅外波長（從0.3到2.5微米），使用在夏威夷Maunakea山頂附近的雙子座北望遠鏡上近紅外積分場光譜儀（NIFS）拍攝，NSF的NOIRLab計劃，以及來自NASA紅外望遠鏡設(shè)施的檔案數(shù)據(jù)，以及NASA / ESA哈勃太空望遠鏡。
雙子座北上的NIFS儀器對這一結(jié)果特別重要，因為它能夠為其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的測量結(jié)果，以測量兩顆行星的大氣層在行星的整個圓盤和一系列近紅外波長上的反射率。
海王星的黑點
該模型還有助于解釋在海王星上偶爾可見的黑點，而在天王星上不太常見。雖然天文學(xué)家已經(jīng)意識到兩顆行星的大氣中存在黑點，但他們不知道哪個氣溶膠層導(dǎo)致了這些黑點，或者為什么這些層的氣溶膠反射率較低。該團隊的研究揭示了這些問題，表明他們模型最深層的變暗會產(chǎn)生類似于海王星和天王星上看到的黑點。
