在海王星上搜寻 H$_3^+$：使用 NASA IRTF iSHELL 的深 burn 观测

分子离子 H$_3^+$ 的发射是木星、土星和天王星高层大气的有力诊断手段，但在海王星上仍未被探测到。为搜寻该发射，我们展示了于2017年8月17–20日使用夏威夷 NASA 红外望远镜设施上新投入运行的 iSHELL 仪器获取的、波长在 3.93 至 4.00 $\mu$m 之间的海王星近红外光谱观测。我们在行星圆面上累计积分 15.4 小时，但未能明确识别出任何 H$_3^+$ 线发射。假设温度为 550 K，我们推导出柱积分密度的上限为 $1.0^{+1.2}_{-0.8}\times10^{13}$ m$^{-2}$，这比此前最佳的观测约束改善了 30%。该结果表明模型至少高估了密度 5 倍，凸显出重新开展建模工作的必要性。一个可能的解决方案是多原子中性物质从海王星平流层上部到热层的强垂直混合，与 H$_3^+$ 反应，从而大幅降低柱积分 H$_3^+$ 密度。该上限也为未来使用詹姆斯·韦伯空间望远镜探测 H$_3^+$ 的尝试提供了约束。