在天王星磁极附近探测到两条明亮的极光带，同时在两带之间部分区域的发射和离子密度降低。图：欧洲航天局
国际天文学家首次绘制天王星上层大气的垂直结构
利用詹姆斯 韦伯太空望远镜（JWST）的 NIRSpec（近红外光谱仪），一支国际团队对天王星进行了近一次完整自转周期的观测，捕捉到云层上空分子发出的微弱荧光，从而揭示了温度与电离粒子随高度的变化规律。
1. 新数据揭示极光形成与磁场影响这些独特的数据为天王星极光的形成地点、其对异常倾斜磁场的响应以及过去三十年大气持续冷却的过程提供了迄今最详细的图像。论文2026年发表于《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters），为研究冰巨行星上层能量分布提供了新的视角。
2. 研究方法与主要发现研究由英国诺桑比亚大学（Northumbria University）的 Paola Tiranti 领导。
通过 NIRSpec 的积分场单元（Integral Field Unit），团队绘制了至云顶 5,000 km 之上的温度与离子密度分布——即离子层（Ionosphere），此层气体电离化强烈且与行星磁场紧密相互作用。
结果显示：
温度在 3,000–4,000 km 处达到峰值。
离子密度在约 1,000 km 处最高。
长度方向存在明显变化，反映出磁场复杂几何结构的影响。
“这是我们首次能以三维方式观察天王星的上层大气，”Tiranti 说。 “凭借韦伯的灵敏度，我们可以追踪能量如何向上传输，并观察到其不对称磁场的影响。”
3. 观测时机与技术优势该时变视频被认为是迄今唯一通过单一望远镜连续观测到天王星完整自转的资料。
这得益于韦伯位于第二个拉格朗日点（L2）的独特轨道，能够连续观测天王星约 17 小时。
数据来源：ESA/Webb、NASA、CSA、STScI、P. Tiranti、H. Melin、M. Zamani（ESA/Webb）。
4. 上层大气持续冷却的证据研究测得的平均温度约为 426 K（约 150 °C），低于地面望远镜或先前探测器记录的值。
这表明从 1990 年代初开始的冷却趋势仍在继续。
5. 极光带与磁场结构的关联观察到两条明亮极光带位于天王星磁极附近。
两条带之间出现明显的辐射与离子密度缺失区，这与磁场线转换有关。
与木星类似，磁场几何决定了电离粒子在上层大气中的传播路径。
“天王星的磁层是太阳系中最怪异的之一，”Tiranti 继续说道。 “它的磁场既倾斜又偏离行星自转轴，导致极光以复杂方式扫过表面。韦伯现在让我们看到这些效应到底深入到大气的多深。” “通过如此详细的垂直结构，韦伯帮助我们理解冰巨行星的能量平衡。这是对太阳系外巨行星特征化的关键一步。”
6. 数据来源与观测时间本研究基于 JWST 一般观测者项目 5073（项目负责人：英国诺桑比亚大学的 H. Melin）。
使用 NIRSpec 的积分场单元，于 2025 年 1 月 19 日观测天王星，观测时长 15 小时。
勇编撰自论文"JWST Discovers the Vertical Structure of Uranus' Ionosphere".Geophysical Research Letters.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。
