2026年2月19日，欧空局发布了关于天王星的最新研究成果——由英国诺森比亚大学Paola Tiranti领衔的国际团队，借助詹姆斯·韦伯空间望远镜的近红外摄谱仪，在2025年1月对天王星完成15小时持续观测后，首次绘制出这颗冰巨行星的3D极光及上层大气垂直结构图，相关研究发表于《地球物理研究快报》。
此次观测不仅捕捉到天王星之上5000公里的大气细节，还精准测得其高层大气平均温度为426开尔文（约153℃，注：此温度与地球表面环境下的实测温度并不一致，要低很多），证实这颗行星的上层大气自上世纪90年代起的持续冷却趋势仍在延续，相关数据刷新了地面望远镜和过往航天器的观测纪录。
韦伯的“火眼金睛”：解锁天王星的3D大气密码
在太阳系的行星家族中，天王星一直是个“低调的神秘客”，其距离地球相当遥远，因亮度低、研究难度大，此前人类对其认知大多停留在“躺着转的冰巨星”层面。而韦伯望远镜就像给天文学家装上了“超高清3D眼镜”，凭借专属的近红外摄谱仪（NIRSpec），打破了以往的观测局限。
这款光谱仪堪称韦伯的“核心探测神器”，能捕捉到天体发出的微弱近红外光，还能将光分解成光谱，像“指纹识别”一样解析天体的温度、物质构成等关键信息，其搭载的微快门系统还能同时观测多个目标，精度拉满。
此次观测中，它死死“盯住”天王星近乎完整的自转过程，捕捉到云层上方分子发出的微弱光芒，成功绘制出从云顶向上5000公里电离层的温度与离子密度分布图，让人类第一次以三维视角看清这颗行星的高层大气。
更有趣的是，韦伯还发现了天王星大气的“神奇错位”：大气温度在3000-4000公里高度达到峰值，而带电离子的密度最大值却出现在1000公里处，就像一场“温度与粒子的隔空赛跑”。这种看似反常的分布，恰恰暴露了天王星大气内部复杂的能量传输机制，也为后续研究埋下了关键线索。
3D极光背后：太阳系最“歪”的磁场在“搞事情”
如果说天王星的3D极光是此次观测的“视觉亮点”，那造就这一奇观的，正是它那太阳系独一份的“歪脖子”磁场——这颗行星的磁轴与自转轴存在60度左右的偏角，磁层呈现出明显的“不对称”特征，被科学家称为“太阳系最奇怪的磁层”。
我们熟知的地球极光，是带电粒子沿磁轴冲向两极形成的，形态相对固定，而天王星的“歪磁场”，让极光的形成和运动变得无比复杂。韦伯的3D图像清晰显示，天王星的两个磁极附近各有一条明亮的极光带，而极光带之间的区域，离子密度却明显降低，形成了独特的“黑暗地带”，这一特征和木星上的磁场相关区域高度相似。
研究人员解释，这是因为歪斜的磁场线发生转变，阻挡了带电粒子的流动，就像在大气中设下了“交通管制”，而这种磁场与大气的相互作用，还直接导致了天王星大气数据的纵向变化，证明其大气层的动力学远比科学家预想的更复杂。
值得一提的是，天王星之所以会有如此“奇葩”的磁场和98度的极端自转轴倾斜，科学界主流观点认为，是早期太阳系形成时，它遭遇了一次巨型天体的撞击，就像被狠狠撞了一下“腰”，从此便以“躺着”的姿势绕太阳旋转，磁场也跟着“歪了身子”。
而韦伯的观测，首次让人类直观看到这一撞击的“后遗症”，是如何深入影响这颗行星的大气环境的。
降温仍有153℃：天王星的“冷知识”藏着大奥秘
看到“天王星持续降温”的结论，不少人会疑惑：都降温了，高层大气怎么还有153℃？这其实是对行星大气温度的一个常见误解——天王星的“冷却”是相对自身历史数据的持续走低，而非我们日常理解的“变冷到低温”，而其高层大气能保持百摄氏度以上，和行星的能量平衡、磁场活动密切相关。
此次韦伯测得的426开尔文（153℃），不仅低于地面望远镜的观测记录，还比1986年“旅行者2号”飞掠时的测量值更低，证实这一冷却趋势从20世纪90年代初开始，已持续了三十多年，且降温速度约为每十年1.5开尔文。
更让科学家意外的是，这一趋势无法用传统的“太阳辐射变化”来解释，因为天王星接收到的太阳能量本就极少，仅为地球的千分之一，其持续冷却，暗示着行星内部可能存在未知的冷却机制，比如磁场与大气环流的耦合效应，正在让天王星的内部热量以意想不到的方式散失。
而看似“高温”的153℃，则出现在天王星的高层电离层，这里的大气被太阳辐射和行星磁场电离，粒子运动剧烈，温度自然偏高，而天王星的低层大气和行星内部，却是名副其实的“冰寒世界”，温度低至零下224℃左右，这种“上热下冷”的大气结构，也是冰巨行星的典型特征。韦伯的精准测温，为科学家构建天王星的能量平衡模型，提供了最关键的定量依据。
不只是天王星：冰巨行星研究，照见系外行星的奥秘
此次韦伯望远镜的观测成果，远不止解锁了天王星的几个新秘密，更让人类对冰巨行星的认知，迈入了三维立体观测的新时代，而这一研究的意义，早已超出了太阳系的范畴。
在太阳系中，天王星和海王星是仅有的两颗冰巨行星，它们的主要成分并非氢氦，而是水、氨、甲烷等冰状物质，质量和体积介于气态巨行星和岩石行星之间。
而在太阳系外，科学家已发现大量类似的“超级冰巨行星”，它们是宇宙中最常见的行星类型之一，但由于距离遥远，人类对其认知几乎一片空白。天王星作为太阳系内的“冰巨行星样本”，其大气结构、磁场特征、热演化规律，都是研究系外冰巨行星的“活教材”。
此次研究中，科学家通过解析天王星的磁场-大气耦合过程，摸清了冰巨行星的能量传输机制，这些发现能直接应用于系外行星研究，帮助科学家判断遥远的系外冰巨行星是否具备复杂的大气活动，甚至为寻找宜居行星提供参考。正如研究负责人Paola Tiranti所说，“韦伯望远镜揭示的天王星垂直结构，是朝着描述太阳系以外的巨行星迈出的关键一步”。
韦伯的使命：为太阳系边缘的“神秘客”正名
在此之前，人类对太阳系的探索，大多集中在地球、火星等近地行星，以及木星、土星等气态巨行星上，天王星和海王星长期处于“被忽视”的状态，仅有“旅行者2号”在数十年前完成过一次飞掠观测，留下的资料有限。而韦伯望远镜的出现，让这些太阳系边缘的“神秘客”，终于迎来了专属的“高清特写”。
此次对天王星的观测，只是韦伯探索冰巨行星的开始，凭借其超强的探测能力，未来它还将对海王星展开更细致的观测，进一步揭开冰巨行星的神秘面纱。而这些探索，不仅能补全人类对太阳系形成和演化的认知，更能让我们明白，在宇宙中，行星的形态远不止“岩质”和“气态”两种，冰巨行星的独特演化，藏着太阳系乃至宇宙形成的重要密码。
从地球到太阳系边缘，从系内行星到系外世界，韦伯望远镜就像一座“宇宙桥梁”，让人类的视野不断延伸。而天王星的3D极光和持续冷却的奥秘，只是这座桥梁上的一个小小路标，未来，还有更多宇宙的精彩，等待着我们去发现。