本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽
作者：石蘭（抄襲必究）
行星的溫暖程度不完全取決於它與太陽之間的距離
在我們的太陽系中，天王星和海王星都是八大行星之一，雖然，它們與太陽之間的距離存在明顯差異，但卻擁有高度相似的表面溫度。前者是科學家們發現的第一顆系內行星，而後者則是因為天王星軌道的不規則性才被關注到。所以，海王星也因此而成為了通過數學計算的方式，而被預測到其存在的第一顆行星。那麼，行星內部的熱源到底是怎麼來的，為何距離太陽更遠的海王星，反而會比相對更近的天王星更加溫暖？
海王星的「大黑點」與海王星更熱有關嗎？
在旅行者2號對海王星的進行探測的過程中，科學家發現了兩個讓人疑惑的現象。其中之一，便是在海王星上觀察到了巨大的「大黑點」風暴，但是，它卻在五年之後就消失在了哈勃太空望遠鏡的視線中。當時位於南半球的它，逆時針旋轉時的風速甚至達到了每小時2414千米，並成為了有史以來風力最強紀錄的保持者。
與此同時，我們也通過探測器了解到：現實距離與太陽更遠的海王星，竟然實際上比天王星更熱。所以，海王星多出來的額外熱量的真實來源，也讓研究人員們很疑惑。並且，不管是研究已經消失的、曾經存在過風暴為何如此強烈，還是為什麼天王星沒有海王星熱？當我們單獨來看這兩個問題，似乎所有人都難有頭緒。於是，科學家們轉換了思路，比如，這兩個謎團之間是否存在關聯，或許，它們可以從彼此身上得到重要提示。
不同行星的表面溫度測量方式並不相同！
當然了，在此之前，我們需要明白「溫暖」這個詞在此處的含義是什麼。我們都知道，作為氣體巨行星的海王星，研究人員在選擇對其平均溫度進行測量的方式上，當然會不同於我們擁有固體表面的地球。而可能只有較小核心的海王星，其溫度測量過程則需要在海拔高度這個層面進行測量。事實上，科學家們在對行星的溫度進行測量時，主要是在行星的最外層位置進行溫度值的測量。
當我們從這個角度來考慮行星的溫度差異之時，就會發現海王星的實際溫度，並不會高於與太陽距離更近的天王星。並且，這兩顆行星的溫度，甚至處於同一水平。然而，我們都知道兩者與太陽之間的位置關係。所以，距離更遠的海王星能夠從太陽那裡獲取到的太陽光，按道理來說應該相對更少，這也是為什麼所有人都認為這樣的溫度現狀，並不符合正常邏輯的主要原因。
從另一個方面來說，既然兩顆行星擁有著相似的溫度特徵，那說明在太陽熱量的吸收這個方面，天王星在該過程中所散發出的熱量應該相對更少。並且，從科學家們通過旅行者收集達到的探測數據來看，若將太陽吸收的熱量，以及海王星自身散發的熱量進行橫向對比。那麼，後者的熱量甚至達到前者的兩倍左右，但這樣的現象，卻並沒有同樣發生在天王星這顆行星的身上。
事實上，海王星會出現這樣的情況，也並不是特別罕見。比如，土星和木星，這兩顆行星所散發出的熱量，也達到了自己從太陽那裡吸收到的熱量的兩倍左右。德爾·吉尼奧，他是一位來自美國宇航局戈達德太空研究所（GISS）的科學家。他表示，這樣的現象也讓整件事都變得更有趣。因為，在這一點上表現得更奇怪的行星，其實是天王星。
所謂的行星內部熱源到底是怎麼來的？
放眼整個太陽系，除了行星中的另類天王星之外，對於海王星、土星和木星這些行星而言，隨著它們與太陽距離的越來越近，的確會變得更溫暖。就這種現象的本質來說，主要還是因為科學家們並未從天王星這裡發現明顯的內部熱源。雖然，除了可以從太陽那裡吸收熱量之外，天王星並沒有其他更好的方式來獲得額外的熱量。但是，現在的天王星，似乎也正在試圖將自己加熱到可以與海王星水平相當的溫度。
那麼，行星的內部熱源到底指的是什麼？或許你有所不知，在我們的太陽系誕生的時候，整個複雜的過程不僅伴隨著各大行星的形成，而且也產生了很多熱量。而這些熱量便始於太陽星雲的收縮過程，科學家們將這樣的效應叫做「開爾文-亥姆霍茲收縮」。而重力收縮的這種方式，則是導致海王星具有額外熱源的主要原因。
當然，包括同屬於八大行星的土星和木星，它們的額外熱源獲取方式其實也和海王星相同。它們的熱源都來自於重力導致行星收縮、並在實現了勢能到熱能的轉換之後將行星釋放。的確，科學家們目前並沒有掌握太多可以證明天王星沒有內部熱源、或者原本就沒有熱源的確鑿證據。但是，有一點是肯定的，那就是原本也適用於天王星的這一過程，一定是因為某些因素而被阻礙了它的發生。
哪些因素會導致行星輻射的熱量不同？
事實上，在通常情況下，熱量從一個物體的內部進行釋放，並不會一直保持某種穩定的速度。也就是說，我們現在觀察到的沒有內部熱源的天王星，或許只是因為此時的它正處於所謂的靜止期。並且，很多人都知道，天王星和海王星的年齡也存在較大差距，而行星的年齡和釋放熱量的速度，又共同決定了該星球可輻射出的熱量。一顆年齡更大的星球，為什麼往往看上去會更冷，這些都是特別重要的原因。
對於年齡更大的行星而言，它們的熱量釋放速度，並不是由個別因素就可以決定的。不管是其內部結構的組成，還是雲層對流的實時情況，這一系列因素都為科學家們的研究帶來了難度。比如，在氣體巨行星的世界中，它的熱量釋放甚至還可能會因為星球上的「氦雨」而被改變。當我們所生活的地球經歷了165年的時間之後，才相當於海王星上的一年時間，這也導致了行星上的大部分季節性周期，我們無法對其進行更深入的研究。
因為，要對這樣的行星大氣層進行充分研究，最基本的要求除了數代科學家們的耐心之外，還要確保過去和未來的科學家們所收集到的數據正確、且保存完好。就理論的層面而言，太陽能量的大小還能決定星球上風的多少。然而，從我們所在的地球來看，風並不是廣泛而普遍的存在，因為地球從太陽吸收的能量的大部分，都被轉換成了地球大氣中的動能。
氣體行星不同於我們地球，沒有固體表面的它們無法通過摩擦的方式耗散風能，這也是為什麼地球上的風，總是沒有氣體巨行星上的風更強勁的根本原因之一。天王星和海王星就像是在相似條件下形成的兩種極端行星，它們的存在不僅能夠幫助科學家們深刻理解環流、限制行星的形成模型，更能為整個太陽系的形成提供重要線索。