冰巨星：海王星和天王星

2020-11-05 牧夫天文

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文章來源：天空與望遠鏡雜誌（Sky & Telescope）編輯部

翻譯：胡夢穎

校譯：牧夫天文校對組

編排：黃卓爾

後臺：庫特莉亞芙卡 李子琦 徐⑨坤

原文連結：https://skyandtelescope.org/observing/ice-giants-neptune-and-uranus/

「

天王星和海王星被稱為冰態巨行星，簡稱冰巨星。它們是太陽系中我們較難肉眼觀察到的兩大行星。即使你從未親眼見過天王星和海王星，也有必要來了解一下它們最初是如何被發現的。每當整裝待發去尋找一個新的天體，某一程度上你也又經歷了一遍人類最初的探索發現過程。

天王星的發現

1779年，一位默默無聞的天文愛好者，其名為威廉·赫歇爾（William Herschel），決定使用高倍望遠鏡觀察全天所有亮星，來確認它們是否為雙星。

1781年3月13日，也就是在這項計劃實施兩年後，赫歇爾用其自製的6.2英寸反射望遠鏡放大227倍，發現在金牛座（Taurus）裡有一顆「星星」和其他所有6等星看起來都不一樣。當他四天後再次觀察它，這顆「星星」相對於其他背景恆星移動了。這證明它是我們太陽系中的天體。當時，赫歇爾認為它是一顆彗星。

威廉·赫歇爾的畫像，於1781年發現天王星

圖源：維基共享資源/PD

當天文學家觀察赫歇爾的「彗星」時，他們只看見了一顆再普通不過的星星。這是因為赫歇爾自製的反射望遠鏡比同時代最專業的望遠鏡還要好，這在當時無人知曉，包括赫歇爾本人。

但是觀察赫歇爾的天體一天天移動是十分容易的，因此數學家可以計算它的軌道。計算結果表明，這個天體圍繞太陽轉動，軌道近似圓周，就像當時所有已知的行星，而不同於彗星細長的橢圓軌道。並且這個新天體比已知的太陽系其他天體距離太陽都要遠，考慮到它的亮度，這個天體一定比地球大上好幾倍。

赫歇爾就這樣偶然地發現了天王星，這是人類歷史上用望遠鏡發現的第一顆大行星，也是現在已知的冰巨星之一。這顆冰巨星的發現，是自170年前伽利略通過望遠鏡發現木星的四顆衛星以來，最為轟動的新聞了。從此，赫歇爾一舉成名，並且從英國國王那裡領到了薪水，成為了一個全職的天文學家。

海王星的發現

奧本·尚·約瑟夫·勒維耶（Urbain Jean Joseph Le Verrier ，1811-1877）通過天王星的運行軌道，準確地計算出了未知行星的軌道。當時，他因聰慧與傲慢而出名。

赫歇爾扭轉了上千年以來人們對於太陽系的認知，即除了地球以外，只有五大行星圍繞太陽轉動。自此以後，天文學家們致力於尋找新的行星。在1801-1807年間，的確發現了4顆新行星，軌道都在火星和木星之間，但它們相比於地球都太小了，更別說和天王星比了，在絕大多數望遠鏡裡甚至看不出和天王星類似的小圓盤。

赫歇爾在當時已經是天文學界的老前輩了，他稱這四顆小天體為小行星（asteroids），因為它們「看起來像星星」（拉丁語中表示星星star的單詞是astra）。與恆星相比，小行星們運動更迅速，因此對於家用望遠鏡來說，它們是很不錯的觀察目標。

一直到1846年，才有體積足夠大的行星被發現。這顆新行星後來被稱為海王星（Neptune），它被發現的方式與你要尋找它的方式非常相似。在柏林天文臺工作的天文學家伽勒（J. G. Galle）和德亞瑞司特（H. L. d'Arrest）觀察了新行星預測所在的天區，和星圖做對比，發現了一顆沒有記錄在案的星星，隨後確認它就是一顆行星。

但是海王星的發現並非歸功於第一個觀察到海王星的天文學家，而是預測出海王星位置的勒維耶。在考慮太陽和其他已知行星的引力的情況下，當時的天文學家計算出了天王星理論上的運行軌道，但一段時間以來，人們發現天王星實際上略微偏離這一軌道。

勒維耶分析了這個差異，得出結論：一定是因為在天王星以外還有一顆大行星，它的引力將天王星拉出其原來的軌道。他預測了這顆新行星的位置，與觀測所得實際位置只相差了1度。這對於理論天文界來說是一項驚人的勝利。

2020-2021年冰巨星在哪裡

因為天王星和海王星離太陽非常遙遠，所以這兩顆冰巨星在夜空中移動得很緩慢，也不常挪到新的星座裡。現在，海王星位於寶瓶座，天王星位於白羊座。天王星在天赤道以北14度，海王星在天赤道以南6度，它們在北半球中緯度地區都沒有處在顯著的高位。所以要爭取在較短時間窗內觀察到它們。

如何觀察天王星

前文已經講述過，天王星很容易能看見，但是不容易辨認出是行星。如果你願意用星圖去尋找的話，相信我，你只需要雙筒就能找到它。事實上，如果你處於良好的暗夜環境下，你也許可以用肉眼看見天王星。

天王星，12.5英寸反射望遠鏡，使用多幀疊加技術拍攝，2007年8月28日。實際看起來天王星會更白，而不是圖中的藍綠色。

圖源：S&T，肖恩·沃克（Sean Walker）

但你需要用100倍以上的望遠鏡仔細觀察它，確認它是盤狀，而不是發出點狀光源的恆星。這意味著你需要十分準確的定位，只是在附近天區搜尋是不夠的，很容易一掃而過，忽略天王星與其他星星的不同之處——就像赫歇爾之前幾代技術嫻熟的天文觀測愛好者們一樣。

首先你要確認天王星在地平線之上，在你觀察的時候所處位置越高越好。在剛剛過去的10月31日，天王星衝日，即天王星和太陽正好分處地球的兩側，此時天王星達到了最高視星等5.7，並且角直徑為3.8秒。

如果你的望遠鏡有自動尋星系統，那找到天王星不費吹灰之力。否則你將需要下面的星圖。你也許能通過天王星的顏色辨認出它，很多人都認為它發藍綠色光。

圖中顯示了2020-2021年天王星的運行軌跡。

另外一位編輯託尼·弗蘭德斯（Tony Flanders）能通過他自己的10x50雙筒分辨出天王星的顏色。即使是通過高倍望遠鏡也很難看見行星的盤狀光暈，你也許能看得出它比其他星星發光更穩定。在一個70mm120倍率的望遠鏡下，託尼能清晰地分辨點光源或是盤狀光源。不要對目視冰巨星的期待過大，即使是非常巨大的專業望遠鏡也很難分辨出細節。

如何觀察海王星

海王星和天王星的體積如同孿生，但海王星離我們更遠，大約是天王星距離的1.5倍，因此觀察海王星就更加困難了。但如果你能找到天王星，你也一定能運用下面的星圖找到海王星，只是需要更加仔細。

海王星的視星等在7.8-8.0之間，而天王星比它亮兩等。使用有固定支撐的雙筒是能夠看見海王星的，但你需要十分仔細。通常來說，天王星比雙筒或是尋星鏡視場中的其他星星要亮。但是夜空中與海王星亮度相近的星星太多了，所以你需要十分謹慎地把你眼前所見和星圖加以對照。

另外值得一提的是，就算通過一個很普通的小望遠鏡，你也能清楚觀察到8-9等的星星。所以對望遠鏡觀察者而言，海王星絕對不算暗淡。事實上對於口徑為100mm（4英寸）的望遠鏡來說，海王星的亮度足夠能看出它的顏色。它的顏色類似於天王星，只是更藍一些。

圖中顯示了2020-2021年海王星的運行軌跡。

在一個良好的觀星夜，海王星的小圓盤對於6英寸200倍的望遠鏡來說是完全可見的。但是如果觀測條件不佳，抑或是你的望遠鏡未調節好自準直，你也許較難看見小圓盤。託尼通過他的70mm小反射鏡分辨海王星有一些難度，但當他在120倍下觀察這顆行星時，他發現海王星和周圍相同亮度的星星看起來十分不同。海王星的亮度更加穩定持續，與其說像一個小圓盤，不如說是一個稍胖的圓點。

海王星於今年9月11日衝日，而天王星於今年10月31日衝日。因此，最近是觀察天王星的絕佳時期。這意味著，最近天王星在日落時分升起，日出時分落下，並且在夜半時分處於夜空的最高處。讓我們來一起尋找天王星和海王星吧！

責任編輯：馬玥

牧夫新媒體編輯部

『天文溼刻』 牧夫出品

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圖片來源：NASA

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