作者：文/虞子期

当我们的话题与太阳系有关时，总会联想到在这个空间里运行的各大行星，而我们熟知的天王星，不仅是已知太阳系的第七颗行星，更是该系统里最大的一颗冰巨星。在天王星的大气组成中，由于存在着会吸收红光的甲烷，它的外观总是呈现出神秘的淡蓝色，而该星球上的天气模式，则主要受制于其内部活动所带来的影响。事实上，不管是天王星远离太阳的位置局限、与众不同的大气组成，还是不同于一般行星的星体运动，都共同造就了天王星独特的大气氛围。那么，为何当我们身处于天王星的大气层时，便会嗅到臭鸡蛋一般的气味？而其特殊的大气氛围，又和自身的旋转特征有何关联？

天王星上被硫化氢冲洗的高层大气

众所周知，硫化氢这种气体具有刺鼻难闻的气味，在我们地球上的下水道中，经常会散发出这样的气味，而这样的气体同样还存在于天王星的高层大气之中。简而言之，在这个蓝色的冰巨星周围，四处飘荡着令人觉得难闻的气味，就像已经腐烂了的臭鸡蛋一般。事实上，在太阳系形成的过程中，一颗行星的形成位置和温度，会共同决定硫和氮这两种物质之间的平衡关系。长久以来，科学家们一直想要弄清一个关键问题，那就是天王星高空中的云，到底是被氨冰、还是硫化氢冰所主导。

终于，科学家们通过Gemini North望远镜的强大灵敏度，实现了对天王星高层大气反射阳光的采样，并从其光谱中检测出了微弱的线条，从而证实了这些阳光中的一些波长，其实是被硫化氢所吸收。这些硫化氢保留在云层之上，并以饱和蒸汽的形式存在着，尽管探测到的体量并不大，但这样的发现却对天王星的形成带来了重要提示。并且，在该云层的下方，可能还存在着一个具有更高浓度的硫化氢储层，只是该区域超出了我们目前可以从地球上通过望远镜进行探测的能力。但可以确定的是，天王星的大气层和土星、木星的相同领域存在巨大的差异性，这可能与行星和太阳之间的距离、它们周围的环境，以及其本身的运动方式有关。

天王星不同于一般行星的大气层构成

在整个太阳系中，天王星是密度第二小的一颗行星，主要是由冰所构成，但它与土星和木星的大气组成有所不同。氦气（15.2%）和氢气（82.5%）是天王星上大气的主要构成部分，科学家们根据压力和温度值，对天王星的大气进行了分层。温度可低至零下218摄氏度的最冷上部区域，是该星球上大气最稠密的对流层，也是云层中压力最低的水云的所在地，复杂的云系结构中包含了氨氢硫化物云、氨或氢硫化物云和更稀薄的甲烷云。相对而言，对流层在在整个大气层中所呈现的动态会更为明显，它可以表现出对流、强风、以及具有鲜明季节性的特征变化。

平流层是天王星上大气层的中层，此处的温度升高和高度的增加成正比，主要是由于甲烷的光解现象所造成。当甲烷或其他碳氢化合物吸收了来自太阳的能量，比如红外线或紫外线辐射，其平流层就会发生被加热的现象。这些碳氢化合物中的主要构成是乙烷和乙炔，相较于其他行星的平流程，这些碳氢化合物在天王星平流层的凝聚度则明显更低，被笼罩数层阴霾的它表现更不透明，这也是该星球上温度更冷的原因之一。而大气层的最外层部分，则被称为天王星的增温层或“冕”，其300K到850K的平均温度，远高于土星增温层420K的温度值。

或许你有所不知，天王星的“冕”可延展至50000公里，相当于天王星半径的2倍高度左右，这个独有的延伸“冕”特征，导致了强烈的四极辐射产生，哪怕是那些位于天王星环中的尘埃微粒，也会因此而被耗尽。我们通过旅行者2号对冥王星上H3+离子进行了测量，并了解到其电离层的构成，是其平流层的上部分与增温层的混合部分，其2000到10000公里左右的电离层高度，表现得比土星更为密集。通常情况下，电离层的密度主要取决于太阳的活动特征，但天王星上紫外线辐射的主要来源则是其增温层区域。

天王星的大气氛围与其运动方式有关

由于天王星与太阳之间的平均距离达到了30亿公里左右，因而其绕行太阳一周大约需要耗费84个地球年的时间，若将其接收到的阳光强度和地球进行对比，那么地球上接收到阳光的强度，则足以达到该星球的大约400倍。相对于太阳系的轨道平面而言，一般行星的自转轴往往都朝上，但天王星的自转轴倾斜角度却高达98°，以至于这个星球上的季节呈现出与其它行星完全不同的特性。当天王星在冬至或夏至的时候，两个极点中的一个背向太阳，而另一个极点则指向太阳，也只有在赤道附近极为狭窄的区域，我们才能感受到较为迅速的日夜交替现象。

简而言之，太阳会持续照射天王星的一个极点，形成长达42年的极昼现象，并使另外一个极点所在的区域长期处于极夜状态。若将该星球上的一天按照日出日落来进行计算，那么，天王星上一天的时间，就相当于地球上的一年。虽然天王星的赤道比极区更热，但由于其运转轴的关系，该星球极区所获取的太阳能量依然比赤道更多，其恒星所散发出的微弱光源，比行星内部所释放的热量更加微弱。因此，对于天王星而言，驱动星球上气温变化的主要因素源自于行星内部，而不是一般意义上的太阳，尽管其内部的温度依然低于其他行星。