科学家们首次在光谱的红外部分对天王星的整个地球进行了成像，希望能够揭示这颗行星神秘的极光和奇怪的磁场。
英国领导的团队在为期三天的竞选活动中这样做了，该活动上周公开直播，供全世界观看。位于英国莱斯特大学的科学家们使用美国宇航局位于夏威夷的红外望远镜设施 (IRTF) 来观察这个奇怪的冰巨星，它绕太阳公转的距离是地球的19 倍。
就像在地球上一样，天王星上的极光是由太阳风（从太阳发出的带电粒子流）与行星磁场的相互作用触发的。但是由于天王星与我们的星球有很大不同，因此这些极光的表现与地球上著名的北极光和南极光非常不同。
例如，天王星围绕其旋转的轴几乎垂直于太阳。这意味着这颗行星基本上是在它的一侧围绕太阳旋转，它的两极几乎直接面向恒星，在这颗行星漫长的一年中的整个四分之一，持续了 84 个地球年。
最重要的是，天王星的磁极不像地球、木星或土星那样与其地理极对齐，而是与它们倾斜 60 度。因此，天王星的极光不会照亮地球两极上方的天空，而是在非常奇怪的地方。
“北极光实际上是从北半球向赤道延伸，甚至会掠过南半球，”天文学博士艾玛·托马斯说。领导观察的莱斯特大学的学生告诉 Space.com。“如果你想绘制极光图，你不能只看地球的顶部，你必须看整个表面。”
为了对天王星的整个表面进行成像，科学家们将他们的观察分成三个为期三天的八小时窗口。他们必须为每个观测窗口计时，以匹配天王星 17 小时的自转周期。一旦数据结合起来，结果将是光谱红外部分中最详细的遥远行星表面地图。
“我们想了解天王星上哪里是明亮的部分，”托马斯说。“天王星本身将在当天的辉光下被照亮。任何高于该水平的东西，要么是由内部热过程引起的，要么是由极光引起的。通过测量天王星上方粒子的密度，我们将能够分辨出它是哪个.”
以前，天王星的表面仅在光谱的紫外线部分成像。1986 年，美国宇航局的航海者 2 号任务短暂掠过这颗行星，拍摄了第一张也是迄今为止唯一一组关于这颗奇怪行星表面和周围环境的近距离图像。2011 年，哈勃太空望远镜首次探测到在天王星表面闪烁的极光，每个极光的面积都比地球还大。
但科学家们对这些显示及其背后的驱动力仍然知之甚少，托马斯说。
“我们仍然不完全了解天王星的磁层及其与太阳风的相互作用，”托马斯说。磁层是行星周围受其磁场支配的区域。“通过绘制极光图，我们可以更好地了解太阳风与磁层的相互作用，从中我们可以更好地了解磁力线的方向。”
根据2017 年的一项研究，科学家们知道天王星上的磁场以相当奇怪的方式运行，磁力线经常在一天内断开和重新连接。
托马斯说，了解这些极光在一天内如何变化可以为驱动这种不稳定磁场的机制提供新的见解。
然而，极光不仅会随着一天中的时间而变化，还会随着一年中的季节而变化，这取决于地球的哪一侧目前被太阳照亮，哪一侧被黑暗淹没。但是，由于天王星绕太阳旋转一圈需要 84 个地球年，因此科学家们对这些季节变化的理解非常缓慢。
“目前，我们只有大约一个季节的天王星数据，”托马斯说。“我们现在和未来 20 年和 40 年所能收集到的一切对于充分了解这颗行星的极光是如何运作的至关重要。”
