天王星和海王星可能是岩石巨人
根据这项新研究，天王星可能是冰巨星（左）或岩石巨星（右），具体取决于模型假设。图片来源：凯克空间研究所/查克·卡特）
（蜘蛛网eeook.com）据苏黎世大学：苏黎世大学和NCCR PlanetS的研究团队正在挑战我们对太阳系行星内部的理解。天王星和海王星这两颗最外层行星的组成，可能比之前想象的更为岩石多、冰质较少。
太阳系中的行星通常根据其组成分为三类：四颗类地岩石行星（水星、金星、地球和火星），其次是两颗气态巨行星（木星和土星），最后是两颗冰巨行星（天王星和海王星）。根据UZH科学团队的研究，天王星和海王星实际上可能更多是岩石而非冰冻。
这项发表在《天文学与天体物理学》期刊上的新研究并不声称这两颗蓝色行星是水资源丰富或岩石丰富的类型，而是挑战了冰资源丰富是唯一可能的观点。这一解释也与矮行星冥王星以岩石为主的成分的发现相符。
团队开发了一套独特的天王星和海王星内部仿真工艺。苏黎世大学博士生、该研究第一作者卢卡·莫夫解释道：“冰巨行星的分类过于简化，因为天王星和海王星仍然被理解不足。”“基于物理的模型假设过于繁重，而经验模型则过于简单。我们结合了这两种方法，打造出既'中立'又公正，同时在物理上保持一致的室内模型。”
为此，他们首先从行星内部的随机密度剖面开始。然后计算与观测数据一致的行星引力场，推断可能的成分。最后，重复这一过程以获得模型与观测数据之间的最佳匹配。
全新的可能性
通过他们新的不可知论但完全物理化的模型，苏黎世大学团队发现太阳系“冰巨人”的潜在内部组成绝不局限于冰（通常由水代表）。
“这是我们近15年前首次提出的，现在我们已经有了数值框架来演示它，”苏黎世大学教授、该项目发起人拉维特·赫勒德透露道。新的内部成分范围表明，这两颗行星都可能富含水分或富含岩石。
这项研究还为天王星和海王星令人费解的磁场带来了新的视角。虽然地球有清晰的南北磁极，但天王星和海王星的磁场更为复杂，拥有超过两个极。
“我们的模型中有所谓的'离子水'层，在解释观测到非偶极磁场的位置产生磁发电机。我们还发现天王星的磁场起源比海王星更深，“赫勒德解释道。
新航天任务的需求
尽管结果令人鼓舞，但仍存在一些不确定性。“主要问题之一是物理学家们仍然几乎不了解材料在行星核心这种奇异压力和温度条件下的行为。这可能会影响我们的结果，“卢卡·莫夫说，他计划未来扩展这些模型。
尽管存在不确定性，这些新结果也为新的潜在内部组成情景铺平了道路，挑战了数十年前的假设，并为未来关于行星条件的材料科学研究提供了指引。“天王星和海王星都可能是岩石巨星，也可能是冰巨星，具体取决于模型假设。目前数据不足以区分两者，因此我们需要专门的天王星和海王星任务，揭示它们的真实本质，“赫勒德总结道。
更多信息：Luca Morf等人，冰雪还是洛基？是对流型还是稳定型？天王星与海王星的新内部模型，天文学与天体物理学（2025年）。DOI：10.1051/0004-6361/202556911
