天王星充满的甲烷可能比我们想象的要多得多

天王星深处可能存在大量甲烷。

天王星的壮丽景色。

图片来源：NASA、ESA 和 A. Simon（NASA 戈达德太空飞行中心）以及 M. Wong 和 A. Hsu（加州大学伯克利分校）

仔细观察天王星的天文学家认为，它可能充满了比我们之前想象的更多的甲烷。

天王星和海王星通常被称为冰巨星，科学家认为它们主要由水、甲烷和氨等“冰”物质组成，围绕着炽热的岩石核心。天体物理学家认为这种情况的原因之一是因为它们形成的区域可能富含必要的成分，因此预计会有大量的水和冰。

“天王星和海王星的第一个模型是基于这样的前提构建的：它们是在原始原行星状星云的外部形成的，那里的元素丰度被认为是太阳的，”这篇新论文尚未被同行认可。审查，解释。 “因此，假设化学平衡，早期研究使用预期相对分子丰度的计算来衡量该区域形成的行星的潜在组成。”

天王星并没有得到美国国家航空航天局(NASA)的太多关爱，航海家二号探测器也只访问过一次。该探测器随后前往海王星，提供了比地球附近的地面和太空望远镜更好的行星观测结果。当天王星和海王星的模型与我们对行星的有限观测进行比较时，发现它们与我们近距离看到的一致。

虽然这听起来像是关于行星组成的案件已经结束，但仍然有一些天文学之谜需要解决。柯伊伯带中的天体富含富含有机物的耐火材料，并且相对贫水，这表明行星应该包含比冰形成材料更多的耐火材料。那么为什么早期的模型与我们观察到的相符呢？根据该团队的说法，只能有两种选择：贫冰的构建块可以通过一些过程导致富含冰的行星，或者需要一个新的模型，使行星的内部比我们想象的更加岩石。

该团队生成了数十万个行星模型，改变了初始条件下的化学成分，直到质量和结构与天王星和海王星相似的行星出现。他们发现，最适合的模型内部至少含有 10% 的甲烷，而模型中含有大量水/岩石质量分数的甲烷则超过 20%。在这些模型中，行星内部的甲烷可能比水更丰富。

“这是一个困难，因为 CH4 在当代太阳系中肯定不那么普遍，而且与水相比通常只占很小的一部分，”该团队写道。 “我们认为，太阳系外星子中富含有机物的耐火材料足够丰富，足以驱动天王星和海王星大气层中的化学反应，在行星生长阶段，可能会产生所需的甲烷。”

厚厚的甲烷层可能是在富含碳的星子与正在生长的行星碰撞时发生的化学反应中形成的，碳在高温和高压下与氢发生反应。 

该模型将在某种程度上解释一颗富含冰的行星是如何在太阳系充满贫水物体的区域形成的。虽然这些模型可能合适，但我们需要对巨星进行更多观察才能了解它们的组成。 

简而言之，我们需要仔细观察天王星。

论文发布在 arXiv 上。