新的研究暗示天王星和海王星并不是被我们想的弄成

By Deepa Jain

published 1 hour ago 

Solar System

一项研究提示冰巨星天王星和海王星相当不像之前想的水的。它们还可能含有宏大量的冷冻甲烷，潜在的解决它们如何形成的难题。.

在这张詹姆斯·韦伯太空望远镜的图像中，天王星在它的明亮的光环外壳内辉光。 (Image credit: NASA, ESA, CSA, STScI)

天文学家长期以来一直相信冰巨星天王星和海王星富含冷冻水。然而一项新的研究提示它们可能也有成吨的甲烷冰。

这些发现可能帮助解决一个关于这些冰世界如何形成的谜题。

关于天王星和海王星的许多仍然未知的。这些巨大的冰世界只有过一个航天器访客旅行者2号，它在20世纪80年代飞过了它们。因此科学家们的这些冰巨星的成分只有一个模糊的想法——例如它们含有大量的氧、碳和氢。

为了解关于天王星和海王星是由什么组成的，天文学家已经设计了与旅行者2号和地球望远镜已经测量到的物理属性相匹配的模型。许多模型假设这些行星有一个薄的氢和氦包层；一个压缩的超离子水和氨的下层和一个中心的岩石核。（水是赋予它们它们的“冰巨人”标签的）。一些估计提示天王星和海王星每个可能有地球海洋的水量的50000倍。

但这项新研究的作者说这些模型忽略冰巨星的形成方式。随天王星和海王星从年轻太阳周围的尘埃云凝聚，它们吞噬起或吸积叫行星体的天体。该团队说这些行星体类似于现在的彗星如67P （67P/Churyumov Gerasimenko），它们起源于柯伊伯带，海王星轨道外结冰天体的环形区域。

天王星可能充满有糊状的甲烷，但只有一个轨道飞行器使命才能证实这个。 (Image credit: NASA)

然而，与假设的富含水的冰巨星不同，这些行星体一样的天体的很大一部分是富含碳的。如此该研究的主要作者、以色列理工学院的行星科学家吴里马拉穆德说，“来从贫冰的构造块形成一个冰巨人是如何可能呢？”

为解决这个明显的悖论，马拉穆德和他的合著者建造了数十万个天王星和海王星内部的模型。他们用了 “开始为行星的表面匹配一个合适的成分它逐渐的工作开路深入行星的中心点” 的算法，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，他们试图确定哪个模型在诸如半径和质量等特征上最像实际的冰巨星。

在他们建立的各种模型中，天文学家发现了那些含有甲烷的模型拟合他们的标准，要么呈固体块状要么在一定压力下呈糊状，在氢氦包层和水层之间形成一个厚层。在一些模型中，甲烷占这颗行星质量的10%。

该团队于3月将尚未经过同行评审的结果发布到预印本服务器arXiv上。

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这种甲烷把持解决冰悖论的关键。研究人员说，当生长中的行星中的氢化学上与行星吸积的行星体中的碳发生反应时可能会形成冰。这种反应发生在高温和超高压下——是我们在地球上体验的气压的数百万倍。这些正是科学家们认为在发展中的行星中存在的确切条件。

马拉穆德说，这些发现可以为这些贫瘠了解的行星提供更深入的探究，尽管验证它们是否真的富含甲烷将是一项挑战。这将是美国宇航局和其他航天机构提出的几项旨在探索天王星的使命之一的目标。