冰巨星：海王星和天王星_风闻

　　文章来源：天空与望远镜杂志（Sky & Telescope）编辑部

　　翻译：胡梦颖

　　校译：牧夫天文校对组

　　编排：黄卓尔

　　后台：库特莉亚芙卡 李子琦 徐⑨坤

　　原文链接：https://skyandtelescope.org/observing/ice-giants-neptune-and-uranus/

天王星和海王星被称为冰态巨行星，简称冰巨星。它们是太阳系中我们较难肉眼观察到的两大行星。即使你从未亲眼见过天王星和海王星，也有必要来了解一下它们最初是如何被发现的。每当整装待发去寻找一个新的天体，某一程度上你也又经历了一遍人类最初的探索发现过程。

　　天王星的发现

　　1779年，一位默默无闻的天文爱好者，其名为威廉·赫歇尔（William Herschel），决定使用高倍望远镜观察全天所有亮星，来确认它们是否为双星。

　　1781年3月13日，也就是在这项计划实施两年后，赫歇尔用其自制的6.2英寸反射望远镜放大227倍，发现在金牛座（Taurus）里有一颗“星星”和其他所有6等星看起来都不一样。当他四天后再次观察它，这颗“星星”相对于其他背景恒星移动了。这证明它是我们太阳系中的天体。当时，赫歇尔认为它是一颗彗星。

　　威廉·赫歇尔的画像，于1781年发现天王星

　　图源：维基共享资源/PD

　　当天文学家观察赫歇尔的“彗星”时，他们只看见了一颗再普通不过的星星。这是因为赫歇尔自制的反射望远镜比同时代最专业的望远镜还要好，这在当时无人知晓，包括赫歇尔本人。

　　但是观察赫歇尔的天体一天天移动是十分容易的，因此数学家可以计算它的轨道。计算结果表明，这个天体围绕太阳转动，轨道近似圆周，就像当时所有已知的行星，而不同于彗星细长的椭圆轨道。并且这个新天体比已知的太阳系其他天体距离太阳都要远，考虑到它的亮度，这个天体一定比地球大上好几倍。

　　赫歇尔就这样偶然地发现了天王星，这是人类历史上用望远镜发现的第一颗大行星，也是现在已知的冰巨星之一。这颗冰巨星的发现，是自170年前伽利略通过望远镜发现木星的四颗卫星以来，最为轰动的新闻了。从此，赫歇尔一举成名，并且从英国国王那里领到了薪水，成为了一个全职的天文学家。

　　海王星的发现

　　奥本·尚·约瑟夫·勒维耶（Urbain Jean Joseph Le Verrier ，1811-1877）通过天王星的运行轨道，准确地计算出了未知行星的轨道。当时，他因聪慧与傲慢而出名。

　　赫歇尔扭转了上千年以来人们对于太阳系的认知，即除了地球以外，只有五大行星围绕太阳转动。自此以后，天文学家们致力于寻找新的行星。在1801-1807年间，的确发现了4颗新行星，轨道都在火星和木星之间，但它们相比于地球都太小了，更别说和天王星比了，在绝大多数望远镜里甚至看不出和天王星类似的小圆盘。

　　赫歇尔在当时已经是天文学界的老前辈了，他称这四颗小天体为小行星（asteroids），因为它们“看起来像星星”（拉丁语中表示星星star的单词是astra）。与恒星相比，小行星们运动更迅速，因此对于家用望远镜来说，它们是很不错的观察目标。

　　一直到1846年，才有体积足够大的行星被发现。这颗新行星后来被称为海王星（Neptune），它被发现的方式与你要寻找它的方式非常相似。在柏林天文台工作的天文学家伽勒（J. G. Galle）和德亚瑞司特（H. L. d’Arrest）观察了新行星预测所在的天区，和星图做对比，发现了一颗没有记录在案的星星，随后确认它就是一颗行星。

　　但是海王星的发现并非归功于第一个观察到海王星的天文学家，而是预测出海王星位置的勒维耶。在考虑太阳和其他已知行星的引力的情况下，当时的天文学家计算出了天王星理论上的运行轨道，但一段时间以来，人们发现天王星实际上略微偏离这一轨道。

　　勒维耶分析了这个差异，得出结论：一定是因为在天王星以外还有一颗大行星，它的引力将天王星拉出其原来的轨道。他预测了这颗新行星的位置，与观测所得实际位置只相差了1度。这对于理论天文界来说是一项惊人的胜利。

　　2020-2021年冰巨星在哪里

　　因为天王星和海王星离太阳非常遥远，所以这两颗冰巨星在夜空中移动得很缓慢，也不常挪到新的星座里。现在，海王星位于宝瓶座，天王星位于白羊座。天王星在天赤道以北14度，海王星在天赤道以南6度，它们在北半球中纬度地区都没有处在显著的高位。所以要争取在较短时间窗内观察到它们。

　　如何观察天王星

　　前文已经讲述过，天王星很容易能看见，但是不容易辨认出是行星。如果你愿意用星图去寻找的话，相信我，你只需要双筒就能找到它。事实上，如果你处于良好的暗夜环境下，你也许可以用肉眼看见天王星。

　　天王星，12.5英寸反射望远镜，使用多帧叠加技术拍摄，2007年8月28日。实际看起来天王星会更白，而不是图中的蓝绿色。

　　图源：S&T，肖恩·沃克（Sean Walker）

　　但你需要用100倍以上的望远镜仔细观察它，确认它是盘状，而不是发出点状光源的恒星。这意味着你需要十分准确的定位，只是在附近天区搜寻是不够的，很容易一扫而过，忽略天王星与其他星星的不同之处——就像赫歇尔之前几代技术娴熟的天文观测爱好者们一样。

　　首先你要确认天王星在地平线之上，在你观察的时候所处位置越高越好。在刚刚过去的10月31日，天王星冲日，即天王星和太阳正好分处地球的两侧，此时天王星达到了最高视星等5.7，并且角直径为3.8秒。

　　如果你的望远镜有自动寻星系统，那找到天王星不费吹灰之力。否则你将需要下面的星图。你也许能通过天王星的颜色辨认出它，很多人都认为它发蓝绿色光。

　　图中显示了2020-2021年天王星的运行轨迹。

　　另外一位编辑托尼·弗兰德斯（Tony Flanders）能通过他自己的10x50双筒分辨出天王星的颜色。即使是通过高倍望远镜也很难看见行星的盘状光晕，你也许能看得出它比其他星星发光更稳定。在一个70mm120倍率的望远镜下，托尼能清晰地分辨点光源或是盘状光源。不要对目视冰巨星的期待过大，即使是非常巨大的专业望远镜也很难分辨出细节。

　　如何观察海王星

　　海王星和天王星的体积如同孪生，但海王星离我们更远，大约是天王星距离的1.5倍，因此观察海王星就更加困难了。但如果你能找到天王星，你也一定能运用下面的星图找到海王星，只是需要更加仔细。

　　海王星的视星等在7.8-8.0之间，而天王星比它亮两等。使用有固定支撑的双筒是能够看见海王星的，但你需要十分仔细。通常来说，天王星比双筒或是寻星镜视场中的其他星星要亮。但是夜空中与海王星亮度相近的星星太多了，所以你需要十分谨慎地把你眼前所见和星图加以对照。

　　另外值得一提的是，就算通过一个很普通的小望远镜，你也能清楚观察到8-9等的星星。所以对望远镜观察者而言，海王星绝对不算暗淡。事实上对于口径为100mm（4英寸）的望远镜来说，海王星的亮度足够能看出它的颜色。它的颜色类似于天王星，只是更蓝一些。

　　图中显示了2020-2021年海王星的运行轨迹。

　　在一个良好的观星夜，海王星的小圆盘对于6英寸200倍的望远镜来说是完全可见的。但是如果观测条件不佳，抑或是你的望远镜未调节好自准直，你也许较难看见小圆盘。托尼通过他的70mm小反射镜分辨海王星有一些难度，但当他在120倍下观察这颗行星时，他发现海王星和周围相同亮度的星星看起来十分不同。海王星的亮度更加稳定持续，与其说像一个小圆盘，不如说是一个稍胖的圆点。 

　　海王星于今年9月11日冲日，而天王星于今年10月31日冲日。因此，最近是观察天王星的绝佳时期。这意味着，最近天王星在日落时分升起，日出时分落下，并且在夜半时分处于夜空的最高处。让我们来一起寻找天王星和海王星吧！

『天文时刻』 牧夫出品

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​图片来源：NASA