詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）近日完成了對天王星的首次高層大氣三維觀測，為科學(xué)家理解這顆冰巨星的大氣動力學(xué)與磁場相互作用提供了全新視角。研究團(tuán)隊(duì)通過近紅外光譜儀（NIRSpec）持續(xù)追蹤近17小時(shí)的天王星自轉(zhuǎn)過程，捕捉到其高層大氣中微弱的分子輻射信號，繪制出自云層頂部至5000公里高空的垂直溫度與離子密度分布圖。

觀測數(shù)據(jù)顯示，天王星高層大氣存在顯著的能量傳輸不對稱性。在磁極區(qū)域，兩條明亮的極光帶貫穿南北，其間的暗區(qū)輻射強(qiáng)度驟降30%，離子密度減少45%。研究團(tuán)隊(duì)推測這種極光帶間的"空洞"現(xiàn)象與磁力線扭曲有關(guān)——天王星磁場軸與自轉(zhuǎn)軸存在60度夾角，導(dǎo)致帶電粒子在穿越大氣時(shí)路徑發(fā)生偏轉(zhuǎn)。類似結(jié)構(gòu)在木星極光區(qū)也曾被發(fā)現(xiàn)，但天王星的磁場傾斜角度更大，使得極光帶以復(fù)雜軌跡掃過行星表面。

更令人意外的是，韋布望遠(yuǎn)鏡證實(shí)天王星高層大氣長期處于冷卻趨勢。通過對比1990年代旅行者號探測器數(shù)據(jù)與地面望遠(yuǎn)鏡觀測記錄，科學(xué)家計(jì)算出當(dāng)前大氣平均溫度為426開爾文（約153攝氏度），較此前記錄下降約10%。這種持續(xù)降溫可能源于大氣環(huán)流模式改變或內(nèi)部熱源減弱，但具體機(jī)制仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。

該研究項(xiàng)目首席科學(xué)家、諾森比亞大學(xué)保拉團(tuán)隊(duì)指出，韋布望遠(yuǎn)鏡的靈敏度達(dá)到此前儀器的100倍，首次實(shí)現(xiàn)了對冰巨星高層大氣的三維建模。通過追蹤不同高度層的溫度波動，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)500公里高度處存在熱量峰值，這可能與甲烷分子光解產(chǎn)生的重力波有關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)為構(gòu)建太陽系外巨行星大氣模型提供了關(guān)鍵參數(shù)。

作為國際合作的典范，韋布望遠(yuǎn)鏡由NASA、ESA與CSA共同管理。歐洲航天局不僅提供了近紅外光譜儀與中紅外儀器的核心部件，還負(fù)責(zé)阿麗亞娜5型火箭的適應(yīng)性改造。此次天王星觀測屬于普通項(xiàng)目5073號，累計(jì)獲得15小時(shí)連續(xù)觀測數(shù)據(jù)，為后續(xù)研究冰巨星大氣演化奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)成果已發(fā)表于《地球物理研究快報(bào)》。