詹姆斯·韋布空間望遠鏡（JWST）近日完成了對天王星的首次高層大氣三維觀測，為科學家理解這顆冰巨星的大氣動力學與磁場相互作用提供了全新視角。研究團隊通過近紅外光譜儀（NIRSpec）持續追蹤近17小時的天王星自轉過程，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。
觀測數據顯示，天王星高層大氣存在顯著的能量傳輸不對稱性。在磁極區域，兩條明亮的極光帶貫穿南北，其間的暗區輻射強度驟降30%，離子密度減少45%。研究團隊推測這種極光帶間的"空洞"現象與磁力線扭曲有關——天王星磁場軸與自轉軸存在60度夾角，導致帶電粒子在穿越大氣時路徑發生偏轉。類似結構在木星極光區也曾被發現，但天王星的磁場傾斜角度更大，使得極光帶以復雜軌跡掃過行星表面。
更令人意外的是，韋布望遠鏡證實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據與地面望遠鏡觀測記錄，科學家計算出當前大氣平均溫度為426開爾文（約153攝氏度），較此前記錄下降約10%。這種持續降溫可能源于大氣環流模式改變或內部熱源減弱，但具體機制仍需進一步驗證。
該研究項目首席科學家、諾森比亞大學保拉團隊指出，韋布望遠鏡的靈敏度達到此前儀器的100倍，首次實現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，團隊發現500公里高度處存在熱量峰值，這可能與甲烷分子光解產生的重力波有關。這些發現為構建太陽系外巨行星大氣模型提供了關鍵參數。
作為國際合作的典范，韋布望遠鏡由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，還負責阿麗亞娜5型火箭的適應性改造。此次天王星觀測屬于普通項目5073號，累計獲得15小時連續觀測數據，為后續研究冰巨星大氣演化奠定了基礎。相關成果已發表于《地球物理研究快報》。
