天王星雲層與臭雞蛋有什麼共同之處？

硫化氫是一種能使臭雞蛋散發出獨特氣味的氣體，它瀰漫在天王星的上層大氣中——這是長期以來爭論不休的問題，但從未被證實。基於對雙子座北望遠鏡的敏感光譜觀測，天文學家發現了在巨大行星雲層頂部的有害氣體。這個結果解決了我們在太空中一個鄰居而且是一個頑固由來已久的謎題。即使經過了幾十年的觀察和旅行者2號宇宙飛船的訪問，天王星仍然有一個關鍵的祕密——雲的組成。現在地球雲層的關鍵組成部分終於被證實了。

這張由旅行者2號於1986年1月24日拍攝的新月形天王星的影象揭示了它冰冷的藍色大氣。儘管旅行者2號的飛行距離很近，但直到現在大氣層的成分仍然是一個謎。圖片：NASA / JPL

來自英國牛津大學的Patrick Irwin和全球合作者在夏威夷Maunakea的8米雙北望遠鏡捕捉到的天王星的紅外光進行了光譜分析。在天王星的雲頂發現含硫的硫化氫氣體，長期尋找的證據發表在4月23日的《自然天文學》雜誌上。雙子星座的資料是通過近紅外積分場光譜儀(NIFS)獲得，該資料是在天王星大氣中主要可見雲層上方的一個區域取樣反射的太陽光。Irwin說：雖然我們試圖探測到的這些線僅僅是在那裡，但由於NIFS對雙子座的敏感性，我們能夠毫不含糊地探測到它們，並結合了Maunakea的優美條件。雖然我們知道這些線會處於檢測的邊緣，但我還是決定在獲得的雙子座資料中尋找它們。

美國國家科學基金會的克里斯·戴維斯(Chris Davis)說：這項工作是一種非常創新的應用，它最初設計用來研究遙遠星系中心巨大黑洞周圍的爆炸環境。使用NIFS來解決我們太陽系長期存在的謎團，是其使用的有力延伸。天文學家長期以來一直在爭論天王星雲團的組成，以及硫化氫或氨是否主導了雲層，但缺乏明確的證據。現在，多虧了改進的硫化氫吸收線資料和奇妙的雙子星光譜，有了發現罪魁禍首的指紋，光譜吸收譜線(氣體吸收反射太陽光的部分紅外光)特別微弱，而且很難根據Irwin檢測到。

在天王星的雲層中發現硫化氫含量很高，與內部氣體巨行星，木星和土星形成了強烈的對比，沒有硫化氫出現在雲層之上，而是觀察到氨。木星和土星上的大部分雲層都是由氨冰組成的，但這似乎不是天王星的情況。這些大氣成分的差異揭示了有關行星形成和歷史的問題。英國萊斯特大學(University of Leicester)的研究小組成員萊弗萊徹(Leigh Fletcher)補充道：氣體巨星(木星和土星)和冰巨行星(天王星和海王星)之間的雲層之間的差異，很可能是在這些行星誕生的時候留下的。在太陽系形成過程中，氮和硫之間的平衡(因此氨和天王星的新發現的硫化氫)是由行星形成的溫度和位置決定的。

天王星早期形成的另一個因素是強有力的證據，證明我們太陽系的巨行星很可能是從最初形成的地方遷移過來的。因此，確認這一成分資訊對於瞭解天王星的出生地、演化和行星遷移的細化模型是非常寶貴的。根據弗萊徹的說法，當雲層形成的時候，它會將雲形成的氣體鎖在一個深層的內部儲層中，隱藏在我們通常用望遠鏡所能看到的水平之下。只有很小的一部分仍然在雲層之上作為飽和蒸汽。這就是為什麼在天王星的雲層上方捕捉氨和硫化氫的特徵是如此具有挑戰性的原因。雙子座的優越能力最終給了我們幸運的機會。美國宇航局噴氣推進實驗室的格倫·奧爾頓和研究小組的另一名成員指出：我們強烈懷疑，硫化氫氣體在一段時間內影響了天王星的毫米和無線電頻譜，但我們無法將其確定為確定所需的吸收。

現在這個難題的一部分也已經開始了。雖然研究結果為天王星周圍的硫化氫含量設定了一個下限，但很有意思的是，即使在這些濃度下，對人類的影響也是很有趣的。如果一個不幸的人從天王星的雲裡下來，將會遇到非常不愉快的情況。惡臭並不是最糟糕的。I在零下200攝氏度的大氣中，氫氣、氦氣和甲烷所產生的窒息和暴露會使有生命危險！新的發現表明，雖然大氣層可能對人類不太好，但這個遙遠的世界是探索太陽系早期歷史的沃土，也許還能理解太陽系外其他大型、冰冷的星球的物理條件。

博科園-科學科普｜參考期刊文獻：Nature Astronomy｜來自：雙子座天文臺