揭示隐藏天王星内部的新线索

LPL科学家埃里希·卡尔科斯卡（Erich Karkoschka）通过增强对比度并取悦旅行者2号太空船拍摄的图像中以前隐藏的信息，发现天王星的南半球不是平淡无奇的东西。

天文学家埃里希·卡科斯卡（Erich Karkoschka）使用NASA的Voyager-2影像，发现了天王星大气中的特征，这些特征揭示了意想不到的奇怪旋转模式，并指出了行星内部可能存在不寻常的特征。

这一发现揭示了巨大的气体行星的内部结构，不仅有观测数据稀疏的天王星，而且还有许多被发现的太阳系外行星的内部结构。

当旅行者2号于1986年1月乘天王星飞行并将第一张特写照片送回地球时，它露出了一个巨大的淡蓝色冰球，缺少木星，土星和海王星的惊人的细致，彩色的带和漩涡。只能追踪到位于南半球的不超过8个微弱特征。八个要素中只有一个位于南半球的南半部。用哈勃太空望远镜和地球上最大的望远镜拍摄的图像没有发现那里的任何特征。天王星南半球的南半部似乎是外太阳系中最平淡的区域。

下面的动画由Karkoschka提供，显示了旅行者2号在1986年飞越时看到的天王星，这是这项研究的结果，叠加了巨大的气体行星的新外观。

通过调和旅行者号影像中包含的信息之间的细微差异，卡尔科施卡发现了天王星大气中以前看不见的特征，这揭示了天王星的南半球自转与以前在巨型气体行星上所观察到的任何区域都不一样。Karkoschka在图森的美国天文学协会行星科学分会的会议上介绍了他的发现。

UA的月球与行星实验室的高级研究员Karkoschka说：“其中一些特征可能是由于上升气流和凝结引起的对流云。”“某些更亮的特征看起来像是绵延数百公里的云。”

天然气巨人的可观测大气层延伸不到地球半径的百分之一。对其下面99％以上的知识的了解是有限的。在没有可见表面的情况下，科学家依靠大气特征来确定天然气巨人的旋转周期。大气环流模式随纬度变化而变化，可能与行星的核心旋转速率同步，也可能不同步，这使情况变得更加复杂。

Karkoschka解释说：“当我们观察到巨型行星时，我们真正要看的是它们浓密的大气层。”跟踪风的云特征主要根据纬度向东或向西移动。一旦知道了每个纬度的风速或自转周期，就知道了行星大气的环流。

1665年，乔瓦尼·卡西尼（Giovanni Cassini）在木星上追踪“大红色斑点”时，首次对一个巨型行星进行了旋转测量。在过去的三个半世纪中，天文学家基本上已经阻止了木星和土星的完整流通，而天王星和海王星的固定比例约为75％。Karkoschka的新作品填补了天王星剩下的25％。

卡尔科斯卡说：“以前对巨型行星的所有观察都表明，这些行星有规律地自转，这意味着它们各自在南纬和北纬的旋转速度大致相同。”“我的分析表明，天王星高纬度地区的旋转速率高度不对称，一些南部纬度地区的旋转速度可能比北部地区高15％。”

Karkoschka在旋转剖面中发现了几个尖锐的纽结，这与以前的所有观察和理论考量都不符。

他说：“天王星南部高纬度地区的异常旋转可能是由于天王星内部的异常特征。”“虽然还不清楚特征的性质及其与大气的相互作用，但我发现这种异常旋转的事实为了解巨型行星的内部提供了新的可能性。”

天文学家试图寻找有关巨型行星内部的线索，但迄今为止知之甚少。无线电波长的信号已经表明了巨型行星磁场的旋转，这很可能反映了内部深核的旋转。但是，这些数据并不能很好地揭示内部结构。测量巨行星引力场的其他线索，但数据极为稀疏。Karkoschka对天王星进行详细的旋转测量可能会消除一些提议的行星内部模型，从而有助于相当准确地确定天王星的内部结构。

该动画显示了天王星南半球以前看不见的大气特征的不同旋转。(

Karkoschka说：“在其他恒星周围发现的1000多个行星中，大多数与天王星的大小相似。”“它们对我们来说太遥远了，无法在可预见的将来测量其旋转剖面，但是随着对天王星知识的了解，我们也许可以更好地得出有关其内部结构的结论。”

天王星是太阳系中的奇异球。它的旋转轴几乎倾斜了90度，就像旋转的陀螺躺在其侧面一样。在太阳周围绕一圈大约需要85年。天王星在2007年的春分标志着南极及其周围地区长达43年的黑暗时期的开始，这是地球看不见的。天王星南半球的南半部似乎注定要在太阳系中保持温和的位置，这是几十年来未知风的区域。

Karkoschka不想等那么久。他尝试了不同的处理技术，并开发了模式识别软件，直到出现了以前看不见的功能。最大的进步是他将1600张图像叠加在一起以解决天王星旋转的各种可能性。最终，许多功能变得可见，而以前只有一个功能是已知的。这些特征散布在天王星南半球的南半部，因此其详细的环流模式终于为人所知。除先前已知的功能外，所有这些功能都具有非常低的对比度，并且在对比度提高300倍时变得可见。

Karkoschka的作品说明了可以从已经存在很长时间的数据中收集到的科学价值，这些数据对于任何可以访问Internet的人都是可用的。当他调查13岁的旅行者对天王星周围环境的图像并发现卫星Perdita时，他获得了类似的成功。

Karkoschka说：“在Voyager拍摄这些图像时，没有足够的计算机内存来处理1,600张图像。”“随着计算机和校准方法变得越来越好，我们现在可以以将航天器送入行星所需的一小部分成本来进行这种工作。”

这项工作得到了美国国家航空航天局（NASA）的支持（批准号为NNX12AI68G），而参与NASA旅行者计划（该计划在发射37年后仍在收集数据）的个人得以实现。

图像：埃里希·卡科什卡（Erich Karkoschka）