新研究提示天王星和海王星并非由我们想象的组成

一项研究表明，冰巨星天王星和海王星并不像之前想象的那么水。它们还可能含有大量冻结的甲烷，这有可能解决它们如何形成的难题。

天文学家长期以来一直认为，冰巨星天王星和海王星富含冰冻水。然而，一项新的研究表明，它们可能还拥有大量的甲烷冰。

这些发现可能有助于解决这些冰冷世界如何形成的谜题。

关于天王星和海王星的许多内容仍然未知。这些冰巨行星只有一艘宇宙飞船来访者，航海者 2 号，它在 20 世纪 80 年代飞过它们。因此，科学家们对冰巨星的成分只有一个模糊的了解——例如，它们含有大量的氧、碳和氢。

为了更多地了解天王星和海王星的构成，天文学家设计了与航行者 2 号和地球望远镜测量的物理特性相匹配的模型。许多模型假设行星有一层薄薄的氢和氦包层； 压缩的超离子水和氨的底层；和中央岩石核心。 （水赋予了它们“冰巨星”的标签。）一些估计表明，天王星和海王星的水量可能是地球海洋的50,000倍。

但这项新研究的作者表示，这些模型忽略了冰巨星的形成方式。当天王星和海王星从年轻太阳周围的尘埃云中合并时，它们吞噬或吸积了被称为星子的物体。研究小组表示，这些星子类似于当今的彗星，例如 67P/Churyumov-Gerasimenko，它们起源于柯伊伯带，这是海王星轨道之外的冰体甜甜圈形状的区域。

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然而，与所谓富含水的冰巨星不同，这些类星子天体的很大一部分富含碳。那么“如何用缺乏冰的积木形成冰巨人呢？”该研究的主要作者、以色列理工学院的行星科学家Uri Malamud说道。

为了解决这个明显的悖论，马拉默德和他的合著者建立了数十万个天王星和海王星的内部模型。他们使用的算法“开始匹配适合行星表面的构图，然后逐渐深入到行星的中心点。”他们考虑了几种化学物质，包括铁、水和天然气的主要成分甲烷。然后，他们试图确定哪种模型在半径和质量等特征上最类似于实际的冰巨星。

在他们建立的各种模型中，天文学家发现那些含有甲烷的模型符合他们的标准，甲烷——要么是固体块，要么是在压力下呈糊状——在氢氦包层和水之间形成一层厚厚的层。层。在一些模型中，甲烷占地球质量的 10%。

该团队于 3 月份向预印本服务器 arXiv 发布了尚未经过同行评审的结果。

这种甲烷是解决冰悖论的关键。研究人员表示，当生长中的行星中的氢与行星所吸积的星子中的碳发生化学反应时，可能会形成冰。这种反应发生在高温和超高压下——是我们在地球上经历的气压的数百万倍。这些正是科学家认为发展中行星所存在的确切条件。

马拉姆德说，这些发现可以让人们更深入地了解这些鲜为人知的行星，尽管验证它们是否确实富含甲烷将具有挑战性。这将是美国宇航局和其他太空机构旨在探索天王星的多项拟议任务之一的目标。