近期，天文學家運用哈伯太空望遠鏡，透過觀測天王星極光的旋轉運動來測定其內部自轉速率，精確度比過去的推算提升了一千倍。這項突破性的成果，為未來行星科學研究奠定了關鍵的新基準。
行星的自轉週期是理解其內部結構與磁場的重要基礎，但對於像天王星這樣遙遠的天體而言，準確掌握其自轉速率極具挑戰性。為瞭解決這項難題，天文學家發展出一項嶄新技術：透過觀測天王星極光的旋轉運動來推算其自轉速率。
這些極光是高能粒子流入天王星磁極區域，與上層大氣互動後所產生的發光現象。研究團隊分析了哈伯望遠鏡自 2011 年以來超過十年的紫外線極光觀測資料，建立出磁場模型，並成功比對極光與磁極位置的時間變化，從而推算出天王星完整自轉一圈的時間為 17 小時 14 分 52 秒，比 1986 年 NASA 航海家二號飛掠時的估計值多出 28 秒，精確度也提升了一千倍。這項精準測量也解決了一項長期存在的問題：先前根據過時自轉週期建立的座標系統很快就會失準，使得追蹤天王星磁極位置變得困難。如今有了新的高精度座標系統，不僅能比對橫跨近 40 年的極光資料，甚至能為未來的天王星探測任務進行更精確的規劃。
圖說：這些由哈伯太空望遠鏡拍攝的影像展現了 2022 年 10 月天王星上動態變化的極光，涵蓋了可見光與紫外線資料。Credits: ESA/Hubble, NASA, L. Lamy, L. Sromovsky
天王星的極光與地球、木星或土星大不相同，行為變化莫測，這與其磁場結構高度傾斜，且與自轉軸顯著偏離有關。這項研究不僅強化了我們對天王星磁層的瞭解，也提供了未來行星探測任務設計的重要依據。哈伯太空望遠鏡持續發揮其在長期監測天體上的獨特優勢，至今依然是研究行星科學不可或缺的重要工具。本研究成果已發表於《Nature Astronomy》期刊（Lamy et al. 2025）。（編譯 / 段皓元）
資料來源：HST
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