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  • 1 # 花熊老師

    天文學家其實和大家一樣,最終目標都是踏出地球、邁向宇宙、走向星-辰-大-海。只不過天文學家的工作更加務實,其中就有一批行星科學家把目光盯在太陽系內的天體,透過發射航天器造訪和地面觀測兩種手段來研究太陽系內各個天體的性質,或許最終能為人們邁出地球打下堅實的基礎。

    在太陽系的八大行星中,天王星也是天文學家一直感興趣的天體。天王星與地球(包括水星、金星、地球、火星等類地行星)、木星(包括木星、土星等類木天體)不同的內部結構和大氣成分,為此天文學家專門為天王星、海王星設立了“冰巨行星”的分類。天王星的內部是由冰和岩石所構成;它的大氣主要是氫和氦,還有很高比例的水、氨、甲烷等結成的“冰”和少量的碳氫化合物。儘管NASA發射探測器“旅行者2號”早在1986年就曾探訪過天王星,但這顆行星大氣組成的秘密一直沒有完全解開。長期以來,科學家一直在爭論天王星的雲層是否含有硫化氫或氨,但都沒有確鑿證據。

    在2018年4月Nature Astronomy發表的一篇研究工作(https://www.nature.com/articles/s41550-018-0432-1)中,科學家發現了天王星存在硫化氫的最終證據。正如文章第一作者、英國牛津大學物理系Patrick Irwin博士所講:“多虧了改進的硫化氫吸收線資料和精彩的Gemini 望遠鏡光譜資料,我們才有了抓住罪魁禍首的指紋。”

    此次觀測使用安裝在美國夏威夷莫納克亞山上的Gemini 望遠鏡,透過望遠鏡上安裝的近紅外積分視場光譜儀(NIFS)獲得了1.49微米到1.64微米波段的光譜。天文觀測一般分兩種:測光和光譜。測光其實就是拍張照片,在望遠鏡鏡頭前加或者不加濾光片,排出全色或某一單色的照片;光譜就是把一個天體的全部或部分割槽域(加狹縫等)的光透過稜鏡或者光柵進行分光(參考牛頓三稜鏡實驗),投影到探測器上得到不同能量的光的強度和光的波長的分佈(這就是光譜)。積分視場光譜儀則是把測光和光譜兩種方法集合在一起,把一個天體的影象投影到佈滿光纖的望遠鏡焦平面上,然後把每根光纖收集到的光都進行分光光譜測量,相當於同時有了天體的二維影象和天體影象上每一點的光譜。

    正因為是積分視場光譜儀,才可以取出天王星大氣中主要可見雲層上方區域反射的Sunny,這些光線上呈現的吸收特徵可以顯示出顯著的硫化氫吸收特徵。

    紅外光譜及吸收擬合。 灰色:觀測光譜及誤差;紅色:不加硫化氫成分氣體吸收擬合;黑色:加上硫化氫氣體吸收的光譜擬合。硫化氫氣體吸收(黑線)和觀測光譜(灰線)幾乎完全符合,給出了天王星大氣中有硫化氫的實錘。 圖片來源:https://www.nature.com/articles/s41550-018-0432-1

    Patrick Irwin博士說:如果一個不幸的人穿越到天王星的雲層裡,那一定是段不愉快的經歷。但是周圍充滿臭雞蛋味的惡臭並不是最糟糕的。在以氫、氦和甲烷為主要成分的零下200攝氏度的大氣中,沒有氧氣的窒息和暴露在極度寒冷空氣中所要承受的磨難要比聞到硫化氫這種氣體臭味早得多,也更致命的多。

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