围绕着冥王星转的星球，天王星是一颗躺在公转轨道平面上公转的冰巨星

作者|许诗颖本文转载自案例科学《天王星上的 X 光》天王星是一颗非常有趣的行星。在希腊神话中，它是土星的父亲，木星的祖父，火星的曾祖父。与其他行星相比，天王星站着旋转，躺着旋转。太阳系八大行星中的大部分都观测到了X射线信号。只有两个冰巨人：天王星和海王星。最终，研究团队从2002年和2017年的数据中找到了天王星上存在X射线信号的证据。这篇文章带你了解一些有趣的历史，天文馆文化和X射线的研究成果。

00-1010天王星视星等约为5.5，是一颗非常暗的恒星，几乎接近人眼的极限。通常在一般城市环境下不容易用肉眼直接看到，只有在没有光害的晴朗夜空下才有更好的机会。

天王星由旅行者2号于1986年拍摄。图/维基百科由英国威廉赫歇尔正式发现并命名。起初它被认为是一颗彗星，但后来它被证实是一颗行星。英国国王乔治三世因此以年薪200英镑聘请他，根据零售物价指数，相当于每年一百万台币[2]。

这个工资显然挺不错的。最初，赫歇尔想把这颗恒星命名为“乔基姆西杜斯”。然而，除了乔治三世和赫歇尔，当时并没有多少人喜欢这个想法。毕竟其他星球都是以希腊神话命名的，突然一个以英国国王命名的星球根本不合适。

最后在柏林天文学家约翰波德的建议下决定为“天王星”，这个词的词源是希腊神话中的天空之神——天王星。几乎希腊神话中的每一种脚色都能在罗马神话中找到。天王星对应土星之父吕四。他是Jupitar的祖父。他也是火星的曾祖父。

所以在希腊罗马神话中，天王星、土星、木星、火星是祖孙四代之间。

一般星星在天空中的相对位置几乎是不变的，要过几千年甚至一万年才能看到一些变化。离太阳越远，行星在天空中的相对位置变化越慢。木星需要12年才能回到原来的位置，土星需要30年，天王星需要84年。因为天王星在天空中的相对位置变化太慢，以至于早期的祖先即使看到天王星，也认为它是一颗恒星。

旅行者2号将和它的前身旅行者1号一起离开日光层。图/NASA [3]与其他行星相比，天王星距离地球很远。唯一到达天王星的太空探测器是旅行者2号，它于1977年发射，在到达之前飞行了近9年。从地球出发，经过对木星、土星、天王星、海王星的观测，这个探测器继续一路向外飞，现在几乎已经离开了太阳系。

以上大部分仪器已经缺电无法操作，只保留了最基本的功能。去年年底向其发出信号时，近35个小时后仍收到回应。

在太阳系八大行星中，天王星有一个非常奇特的性质：“卧转”。其他七颗行星的自转和公转几乎在同一平面。以地球为例，自转轴与地球共轴之差只有23.5左右。

但是天王星的自转轴和它的自转轴相差98度。如果我们把公转平面想象成水平面，地球自转就像一个旋转的陀螺，而天王星就是电风扇的扇叶。

太阳系行星的自转方向和轴，大部分都像陀螺仪一样，自转平面和公转周期都一样，唯独天王星是躺着的。图/NASA [4]

天王星的发现与特色

在太阳系的行星成员中，除了地球之外，水星、金星、火星、木星和土星都探测到了X射线信号，甚至彗星和矮行星冥王星也探测到了X射线信号。在这项最近的研究出来之前，行星中只有两个冰巨人：天王星和海王星，它们没有测量过X射线。

最近，研究小组检查了钱德拉X射线天文台的观测数据。研究小组测量了天王星上的X射线，研究结果发表在期刊《地球物理研究期刊：太空物理学（JGR: Space Physics）》 [5]上。

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钱卓拉 X 射线天文台是当代最重要的 X 射线望远镜。自 1999 年发射升空服役到现在，累积了非常多的观测资料，有许许多多 X 光的重要观测贡献都来自于这台望远镜。然而宇宙间能观测的天体实在太多啦，对天王星的观测其实非常稀少。截至 2020 年 6 月，只有三次对天王星的观测：2002 年 1 次、2017 年 2 次。到了这一两年研究团队才从这些资料中找到了天王星上 X 光的讯号。

X 光是电磁波频谱上高频率、高能量的波段。要产生 X 光，一般来说要有特殊的环境才可以。天王星上 X 光最主要的来源是对太阳光的散射。太阳光本身是一个很强的 X 光光源，即便天王星离太阳这么远，太阳所发出来的X光到了天王星以后，被天王星的气体分子散射开。这个机制是天文学家已知的，过去在木星、土星上面看到的 X 光也都是这一类。

特别的事情是，天文学家藉由木星、土星的数据推算了一个天王星上可能量测到的 X 光强度。但研究量测后却发现 X 光的强度比推算的数值还要更强。这有几个可能，一个是天王星对太阳 X 光散射的效果比木星、土星更好。另外一个可能性就是天王星有额外的 X 光产生机制。

目前推论与天王星周遭的带电粒子有关。比方说，天王星和土星一样，周围有一圈环。当带电粒子撞击到天王星环的时候，就有机会放出 X 光。另外一个可能性是「极光」，当带电粒子因为磁场等效应掉进大气层、与大气分子相撞后，也有机会放出 X 光。这个现象在木星上也看到过。不过到底是哪个机制就仰赖未来更多的观测了。

天王星在太阳系是很重要的存在，它是离我们最近的冰超巨星、而且还躺着自转，让我们有机会以不同的角度观测行星。太阳系的冰超巨星只有两颗，由于距离遥远，都很不容易观测。现在好不容易在天文星上看到了 X 光的影像，使我们得以更全面地了解冰超巨星的性质。对太阳系内、太阳系外的行星都能有更全面的理解。

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