在2022年發(fā)布了海王星圖像之后，美國航空航天局（NASA）的詹姆斯·韋布空間望遠鏡（James Webb Space Telescope）又拍攝了太陽系另一顆冰巨星——天王星令人驚嘆的圖像。這項觀測是在2023年2月6日進行的，新圖像展示了天王星獨特的行星環(huán)以及行星大氣層中的明亮面。這些最新數(shù)據(jù)顯示，韋布望遠鏡具有極高的靈敏性，能拍下極為微弱的塵埃環(huán)，而在此前，天王星的這些塵埃環(huán)只被兩個其他設施拍到過：1986年飛掠天王星的旅行者2號（Voyager 2）和具有先進自適應光學功能*的凱克天文臺（Keck Observatory）。

*譯者注：自適應光學功能是指望遠鏡的鏡面可以根據(jù)大氣湍流的變化進行實時調(diào)整，以消除大氣湍流對望遠鏡成像的影響，從而獲得更清晰的圖像。

作為太陽系中的第七顆行星，天王星是獨一無二的，它的自轉(zhuǎn)軸幾乎與繞太陽運行的公轉(zhuǎn)平面平行，是太陽系內(nèi)唯一一個赤道幾乎與軌道呈直角的行星，也就是躺平著繞太陽滾動運行。這個獨特的傾斜角度導致了太陽系中最極端的季節(jié)，天王星繞太陽公轉(zhuǎn)一周需要84年，自轉(zhuǎn)軸兩端的極地會經(jīng)歷多年的持續(xù)光照，而后是同等年份的暗無天日。目前，圖中可見的天王星北極正處于春季末期，夏季將在2028年到來；而旅行者2號訪問天王星時，它的南極處在夏季。

這張紅外圖像由韋布的近紅外相機（NIRCam）拍攝，結(jié)合了1.4微米和3.0微米兩個濾鏡的數(shù)據(jù)，分別用藍色和橙色表示。天王星在這張代表性彩色圖像中呈現(xiàn)出藍色色調(diào)。

旅行者2號在觀察天王星時，用的是可見光波長，拍攝的天王星是一顆幾乎沒有特征的藍綠色球體。而這張新的圖像則形成了鮮明的對比，韋布望遠鏡利用紅外波長和更高的靈敏度揭示了更多細節(jié)，描繪了一個充滿活力和變化的天王星。

圖中天王星的右側(cè)有一個面向太陽的極點亮度增加區(qū)域，稱為極冠（polar cap），是天王星獨有的特征。在夏季，當陽光直接照射天王星極點時，這個極冠似乎就會出現(xiàn)，然后在秋季消失。韋布的這些新數(shù)據(jù)將幫助科學家理解目前天王星上這一神秘現(xiàn)象的機制：在極冠中心，有一片圓形區(qū)域不知為何顯得更亮一些。韋布的近紅外相機更高的靈敏度和更長的觀測波長可能是我們能夠看到這個增強的天王星極冠特征的原因，而在其他的望遠鏡，例如哈勃空間望遠鏡（Hubble Space Telescope）和凱克天文臺拍攝的圖像中，這個特征并沒有被清晰地觀察到。通過韋布，天文學家將能夠隨時間監(jiān)測天王星的外觀，以了解它奇怪的“躺平式”自轉(zhuǎn)可能會對行星的天氣模式產(chǎn)生怎樣的影響。

在天王星的極冠邊緣，有一片明顯的亮云，而在邊緣之外，還有一圈稍顯昏暗的特征。在天王星的左側(cè)邊緣處，還可以看到第二片非常明亮的云團。在紅外波長下，這類云團在天王星上較為典型，可能與風暴活動有關。

與行星地球和類似行星相比，天王星的表面溫度非常低，平均只有-200°C左右，這意味著水、氨和甲烷等物質(zhì)會凝結(jié)成固體，形成 “冰”。這些物質(zhì)的冰層組成了天王星厚厚的大氣層和表面，讓它看起來更像一個冰冷的藍綠色巨球，天王星也因此被稱為冰巨星（ice giant）。

天王星有13個已知的環(huán)，由巖石和不太反射太陽光的塵埃構(gòu)成，對大多數(shù)望遠鏡來說并不容易拍到。韋布望遠鏡不僅成功拍到了13個環(huán)中的11個，而且拍攝到的環(huán)中還包括迄今為止最清晰的兩個極為微弱的塵埃環(huán)（例如距離天王星最近的彌散的ζ環(huán)），這兩個環(huán)直到1986年旅行者2號飛掠天王星時才被發(fā)現(xiàn)。科學家預計在未來，韋布拍到的天王星圖像將揭示哈勃在2007年發(fā)現(xiàn)的剩下兩個昏暗的外環(huán)。

天王星擁有27顆已知的衛(wèi)星，韋布拍攝到了其中多顆，大部分太小或太暗，無法在這張短曝光圖像中看到；上面的廣角視圖中標出了6顆最亮的衛(wèi)星。新的圖片曝光時間只有12分鐘，用到的濾鏡也只有兩個，相當于韋布在拍攝這張?zhí)焱跣钦掌瑫r只是小試了一下牛刀。2022年，美國國家科學院、工程院和醫(yī)學院在其2023-2033行星科學和宇宙生物學十年計劃（2023-2033 Planetary Science and Astrobiology decadal survey）中，將天王星科學列為了優(yōu)先事項。更多的天王星研究正在進行中，韋布首年科學運行期間也還會有新的針對天王星的研究。

詹姆斯·韋布空間望遠鏡是世界上首屈一指的空間科學望遠鏡，它將解開太陽系中的謎團，超越其他恒星周圍的遙遠世界，探索我們宇宙的神秘結(jié)構(gòu)和起源，以及地球在其中的位置。韋布是由NASA與歐洲航天局（European Space Agency，ESA）和加拿大航天局（Canadian Space Agency）的合作伙伴牽頭的一項國際計劃。