美国宇航局的哈勃太空望远镜和新视野号太空船最近同时瞄准天王星，让科学家能够从两个截然不同的角度直接比较这颗行星。研究结果为未来研究其他恒星周围类似行星的计划提供了参考。

天文学家将天王星作为太阳系外类似行星(即系外行星)的替代物，将哈勃的高分辨率图像与新视野号拍摄的更远的景象进行比较。这种综合视角将有助于科学家在未来用望远镜拍摄其他恒星周围的行星时，更多地了解会发生什么。

“虽然我们预计天王星在每次观测中都会呈现出不同的外观，但我们发现，从不同视角拍摄的新视野数据表明，天王星实际上比预测的要暗淡，”该研究的主要作者、麻省理工学院和新视野科学团队合作者萨曼莎·哈斯勒说。

对系外行星进行直接成像是了解其潜在宜居性的关键技术，并为我们自己的太阳系的起源和形成提供了新的线索。天文学家使用直接成像和光谱学来收集来自被观测行星的光并比较其在不同波长下的亮度。

然而，由于系外行星距离地球太远，因此拍摄系外行星的图像非常困难。它们的图像只是点状图像，因此不如我们拍摄的围绕太阳运转的行星的近距离图像那样详细。研究人员只能在“部分阶段”直接拍摄系外行星的图像，即从地球上看，行星只有一部分被恒星照亮。

天王星是测试其他望远镜未来对系外行星进行远距离观测的理想目标，原因如下。首先，许多已知的系外行星也是性质相似的气态巨行星。此外，在观测时，新视野号位于天王星的远端，距离地球65亿英里，因此可以研究其暮光之月——这是地球上无法做到的。在那个距离，新视野号看到的行星图像在其彩色相机(称为多光谱可见光成像相机)中只有几个像素。

另一方面，哈勃望远镜具有高分辨率，在距离天王星17亿英里的低地球轨道上，能够看到这颗气态世界白天一侧的云层和风暴等大气特征。

“在新视野号的观测中，天王星看起来只是一个小点，类似于韦伯等天文台或地面天文台直接拍摄的系外行星上的小点，”哈斯勒补充道。“哈勃望远镜提供了新视野号观测时大气层活动的背景信息。”

我们太阳系中的气态巨行星拥有动态多变的大气层，云层覆盖也不断变化。这在系外行星中有多常见?通过从哈勃望远镜了解天王星云层的细节，研究人员能够验证新视野数据的解释。就天王星而言，哈勃和新视野都发现亮度不会随着行星的旋转而变化，这表明云层特征不会随着行星的旋转而变化。

然而，新视野号探测的重要性在于，这颗行星反射光线的相位与哈勃望远镜或地球上或附近的其他天文台看到的相位不同。新视野号发现，系外行星在部分相位和高相位角下可能比预测的要暗，并且大气层在部分相位下反射光线的方式也不同。

美国宇航局正在筹建两个大型天文台，以推进对系外行星大气层和潜在宜居性的研究。

“新视野号从其他任何方式都无法观测到的有利位置对天王星进行的这些具有里程碑意义的研究，为该任务带来了新的科学知识宝库，并且像该任务中获得的许多其他数据集一样，为我们了解太阳系的世界提供了令人惊讶的新见解，”新视野号首席研究员、西南研究所的艾伦·斯特恩补充道。

美国宇航局即将于2027年发射的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜将使用日冕仪遮挡恒星的光线，直接观测气态巨行星。美国宇航局的宜居世界观测站处于早期规划阶段，将是第一台专门设计用于搜寻围绕其他恒星运行的地球大小的岩石行星的大气生物特征的望远镜。

“研究天王星等已知基准在遥远成像中的表现，有助于我们在准备未来任务时有更强劲的预期，”哈斯勒总结道。“这对我们的成功至关重要。”

新视野号于2006年1月发射，2015年7月历史性地飞越了冥王星及其卫星，随后在2019年1月让人类首次近距离观察了这些行星的组成部分和柯伊伯带天体之一Arrokoth。新视野号目前正在执行第二次延长任务，研究遥远的柯伊伯带天体，描绘太阳外日光层的特征，并从其在太阳系遥远区域无与伦比的有利位置进行重要的天体物理观测。