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导语：天王星大气层突然升温的原因是什么？
作者：寒山
木星、土星、天王星和海王星的模型预测 ， 它们的高层大气——远高于行星寒冷云顶的稀薄气体区——的温度应该在 200 开尔文或 –73°C 左右 。 然而 ， 当两艘航海者号宇宙飞船在一九八零年代后期被这些气体巨行星拉上时 ， 科学家们发现行星的最外层大气比预期的要热得多——接近 1000 开尔文 ， 或超过 700°C 。 【天王星大气层突然升温的原因是什么？】
科学家们很难想出一种机制来解释这些灼热的温度 。 现在 ， 经过几十年的观察 ， 他们可能更接近答案 。
尽管密切监测表明 ， 天王星的高层大气在过去 20 年中持续降温 ， 但莱斯特大学的麦克及其同事自二零一四年以来的测量结果显示 ， 天王星的高层大气出现了加热的逆转 。
在此期间 ， 其他观察者在行星的低层大气中发现了一场风暴 。 这两种现象有关系吗？
梅林说：“低层大气中的这种湍流天气现象与高层大气显着加热同时发生的事实表明 ， [风暴
是该加热过程中的一个重要机制” 。
梅林（科学领域的专家）怀疑 ， 最近发现的天王星风暴可能产生了足够的热量来扭转地球上层大气 20 年的降温趋势 。 此外 ， 由于风暴一直在木星和土星上发生 ， 这些干扰可能也有助于维持其高层大气的高温 ， 他建议 。
上个月 ， 梅林在加利福尼亚州旧金山举行的地球物理联盟秋季会议上展示了有关天王星加热的数据 。
调高热量逆转发生相对较快的事实意味着“发生了戏剧性的变化” 。
梅林说 ， 在过去的 20 个地球年中 ， 天王星的高层大气从 750 开尔文冷却到 550 开尔文 ， 但自二零一三年以来 ， 它每地球年升温约 50 开尔文 。 天王星年是 84 个地球年 ， 因此当行星围绕太阳运行时 ， 天王星大气温度的微小变化应该逐渐发生 。 逆转发生相对较快的事实意味着“发生了一些戏剧性的变化 ， ”梅林说 。
有几种机制可以加热行星 ， 但没有一个能解开气态巨行星所谓的“能源危机”之谜 ， 梅林解释说 。 太阳使气态巨行星变暖 ， 但由于这些行星又大又远 ， 科学家们知道太阳光子不能提供足够的能量来将它们的上层大气加热到目前的温度 。
科学证据表明 ， 木星和土星拥有大约 45 亿年前形成时留下的极热核心 ， 但天王星核心产生的热量相对较少 。 此外 ， 在地球上产生极光的过程——高能太阳粒子与地球磁场相互作用——会导致加热 。 然而 ， 梅林说 ， 由于气态巨行星如此巨大且旋转速度如此之快 ， 这种热量会绕两极而不是全球传播 ， 因此它无法解释观测到的全球高层大气加热 。
“天王星的独特之处在于它一直非常安静[风暴
， 而且这些风暴在二零一四年的出现与高层大气的突然升温密切相关 。 ”
鉴于天王星低层大气中的风暴 ， 梅林怀疑另一个因素可能在起作用：由巨大的湍流风暴产生的低振幅“声波”——也称为重力波 。 这些波浪源于干扰 ， 就像池塘里的涟漪 。 在地球上 ， 重力波来自猛烈的雷暴或风吹过山峰 。 梅林说 ， 在气态巨行星上 ， 低海拔的风暴会产生这些波 ， 这些波会向高海拔传播并产生热量 。
梅林说：“天王星的独特之处在于它在很长一段时间内一直非常安静（风暴） ， 而且这些风暴在二零一四年的出现与高层大气的突然升温密切相关 。 ”
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