马克斯·普朗克学会马库斯·尼尔博克著 这些图像显示了2011年7月12日赫歇尔看到的五颗最大的天王星卫星的位置和它们围绕天王星的轨道
左图:计算出的卫星位置和轨道
轨道平面的左侧指向我们
对象的大小未按比例显示
右图:去除天王星信号后70米波长处红外亮度的伪彩色图，由赫歇尔空间天文台的PACS仪器测量
信号的特征形状类似于三叶三叶草，是望远镜产生的一种人工产物
信用:T
穆勒(HdA)/奥地利
H
Detre等人
/MPIA 230多年前，天文学家威廉·赫歇尔发现了天王星及其两颗卫星
利用赫歇尔空间天文台，一群天文学家在厄尔斯·H
马克斯·普朗克天文学研究所的德特现在已经成功地确定了天王星五个主要卫星的物理特性
太阳加热它们的表面产生的红外辐射表明，这些卫星类似于冥王星这样的矮行星
该小组开发了一种新的分析技术，从天王星附近的卫星提取微弱的信号，天王星比天王星亮一千多倍
这项研究今天发表在《天文学和天体物理学》杂志上
为了探索太阳系的外层空间，航海家1号和2号、卡西尼-惠更斯号和新视野号等太空探测器进行了长时间的探索
现在是一个德国匈牙利研究小组，由乌尔斯·赫领导
海德堡马克斯·普朗克天文学研究所(MPIA)的德特勒指出，通过适当的技术和独创性，也可以通过远距离观测获得有趣的结果
科学家们使用了2009年至2013年间部署的赫歇尔空间天文台的数据，MPIA也积极参与了该天文台的开发和运营
与覆盖相似光谱范围的前一代望远镜相比，这台望远镜的观测要清晰得多
它是以天文学家威廉·赫歇尔的名字命名的，他在1800年发现了红外辐射
几年前，他还发现了天王星和它的两个卫星(泰坦尼娅和奥伯伦)，现在已经和另外三个卫星(米兰达、爱丽儿和翁布里尔)一起对它们进行了更详细的探索
“实际上，我们进行观测是为了测量天王星等非常明亮的红外光源对相机探测器的影响，”合著者乌尔里希·克拉斯解释说，他是MPIA赫歇尔空间天文台PACS相机工作组的负责人，拍摄了这些图像
“我们只是偶然发现了这些卫星，它们是这颗行星极其明亮的信号中的附加节点
“PACS相机是在加青的马克斯·普朗克外星物理研究所(MPE)的领导下开发的，对70到160米之间的波长敏感
这比可见光的波长大一百倍以上
其结果是，类似大小的哈勃太空望远镜拍摄的图像清晰了大约100倍
五颗最大的天王星卫星米兰达、爱丽儿、翁布里尔、提泰妮娅和奥伯伦的图像
太空探测器旅行者2号在1986年1月24日飞越时拍摄了这些图像
卫星的直径是按比例显示的
信用:美国国家航空航天局/JPL/MPIA 寒冷的物体在这个光谱范围内辐射非常明亮，例如天王星及其五个主要卫星，它们被太阳加热，温度达到60到80K(–213到–193 C)
“观察的时机也是幸运的一击，”MPE的托马斯·穆勒解释道
天王星的旋转轴，也就是卫星的轨道平面，异常地倾向于围绕太阳的轨道
虽然天王星围绕太阳运行了几十年，但被太阳照亮的主要是北半球或南半球
“在观测期间，然而，位置是如此有利，赤道地区受益于太阳辐射
这使我们能够测量由于月亮的旋转，当热量向夜晚移动时，热量在表面的保留情况
米勒解释说，他为这项研究计算了模型
他由此导出了卫星的热和物理性质
当太空探测器旅行者2号在1986年经过天王星时，这个星座就不那么受欢迎了
科学仪器只能捕捉天王星和卫星的南极区域
米勒发现，这些表面储存热量出乎意料地好，冷却相对缓慢
天文学家从表面粗糙冰冷的致密物体中知道这种行为
这就是为什么科学家们假设这些卫星是类似于太阳系边缘矮行星的天体，比如冥王星或豪美亚
对一些外部不规则的铀系卫星的独立研究表明，它们具有不同的热性质，这些研究也是基于对太平洋天文卫星/赫歇尔卫星的观察
这些卫星显示了位于海王星之外区域的较小且松散结合的外海王星天体的特征
“这也符合对不规则卫星起源的推测，”米勒补充道
“由于它们的混沌轨道，人们认为它们是在晚些时候才被铀系捕获的
" 这些图像解释了天王星卫星是如何从数据中提取出来的
左:原始图像包含天王星及其五个主要卫星的红外信号，测量波长为70米
天王星比一颗月亮亮几千倍
由于望远镜和照相机的干扰，它的图像被伪像所占据
二氧化钛和奥伯龙几乎看不见
中心:利用这些数据，一个复杂的程序为天王星单独创建了一个亮度分布模型
这是从原始图像中减去的
右:最后，减法运算后，卫星的信号仍然存在
在天王星的位置，不太完美的提取方法会稍微影响结果
信用:
H
Detre等人
/MPIA 然而，五个主要的卫星几乎被忽略了
特别是像天王星这样非常明亮的物体会在PACS/Herschel数据中产生强烈的伪像，这导致图像中的一些红外光分布在很大的区域
当观察微弱的天体时，这很难被注意到
然而，对于天王星，它更加明显
“这些比天王星暗500到7400倍的卫星距离天王星如此之近，以至于它们与同样明亮的人造卫星融合在一起
只有最亮的卫星，泰坦尼娅和奥伯伦，才稍微突出于周围的强光，”来自布达佩斯Konkoly天文台的合著者加博尔·马顿描述了这一挑战
这个偶然的发现刺激了厄尔斯·H
他试图让月亮看得更清楚，以便能够可靠地测量它们的亮度
“在类似的情况下，比如寻找系外行星，我们使用日冕来掩盖它们明亮的中心星，”德特解释道
“赫歇尔没有这样的装置
相反，我们利用了PACS仪器出色的光度稳定性
“基于这种稳定性，在计算了观测时卫星的准确位置后，他开发了一种方法，允许他从数据中去除天王星
“当四颗卫星清晰地出现在图像上时，我们都很惊讶，我们甚至可以探测到米兰达，五颗最大的天王星卫星中最小和最里面的一颗，”德特总结道
“结果表明，我们并不总是需要复杂的行星太空任务来获得对太阳系的新见解，”来自MPIA的合著者亨德里克·林茨指出
“此外，新的算法可用于欧洲航天局欧空局电子数据档案中大量收集的进一步观测
谁知道还有什么惊喜等着我们呢？"
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