提到天王星和海王星,相信大家都不會陌生,畢竟它們都是太陽系八大行星中的成員。但或許你不知道的是,由于距離遙遠,我們人類對這兩顆行星的了解并沒有想象中那么多,很多問題目前都沒有確定的答案。
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這不,在一項近日發表在預印本服務器(arXiv)上的新研究中,科學家就表示,我們可能錯了,天王星和海王星可能并不是之前認為的那樣是“冰巨星”,而更可能是“巖石巨星”。下面我們就來了解一下這具體是怎么回事。
為啥天王星和海王星會被認為是“冰巨星”?
天王星和海王星曾經被認為是與木星和土星一樣的“氣態巨行星”,但科學家后來卻逐漸發現,天王星和海王星的密度明顯與“氣態巨行星”對不上號。
簡單來講就是,如果它們真的是主要由氫和氦構成的“氣態巨行星”,其密度就應該比我們實際探測到的小得多。
這是為什么呢?科學家根據太陽系演化理論推測出,在這兩顆行星在早期吸積階段應該是吸收了大量水、氨、甲烷等在低溫下會凍結的化合物——對于這些物質,科學家將其統稱為“冰”。
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于是,一個經典模型出爐了:天王星和海王星的結構為,最里面是一個小小的巖石核心 ,往外是一層厚厚的“冰”地幔 ,最外層則是一層相對薄一點的氫氦大氣。
根據這個模型,因為天王星和海王星的主要成分是“冰”,所以它們就被稱為“冰巨星”。
但問題是,這只是個推測。
迄今為止,只有一個名為“旅行者2號”的探測器——在1986年和1989年匆匆“路過”了天王星和海王星,而我們對它倆的了解,有很多都是基于這“驚鴻一瞥”的數據,然后用模型去“反推”它們內部是啥樣的。
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新的可能
參與此次研究的科學家認為,以前的模型,多少有點“先入為主”,總覺得它們“應該”是主要由“冰”構成的,而從科學的角度來講,我們應該客觀地對其進行研究。
所以在此次研究中,科學家沒有做任何的預設,而是做了一個計算機理論模型,并讓其大量生成關于這兩顆行星可能具有的內部結構。
在此之后,科學家再將實際的觀測數據(如質量、赤道半徑、壓力分布、參考半徑、自轉周期及引力場等等)與這些可能性進行對比,進而找出其中最符合實際觀測數據的。
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(哈勃太空望遠鏡拍到的天王星和海王星)
這種通俗點講就是,先對天王星和海王星的內部結構進行“盲猜”,得出盡可能多的可能性,然后再來看看哪些可能性與實際情況最匹配。
研究結果是令人吃驚的,科學家發現,能匹配觀測數據的可能性,其范圍非常廣泛。
對于天王星來講,它的巖石與“冰”的質量比可以在0.004到3.92之間,也就是說,在大部分匹配觀測數據的可能性中,天王星上巖石都應該比“冰”更多,其質量最高可接近“冰”的4倍。
海王星的情況稍微好點,但其巖石與“冰”的質量比范圍也在0.20到1.78之間,而這也就意味著,海王星上巖石也有很大的可能比“冰”更多。
也正因為如此,科學家才會認為,天王星和海王星可能并不是之前認為的那樣是“冰巨星”,而更可能是“巖石巨星”。
這意味著什么?
科學家表示,如果天王星和海王星真是“巖石巨行星”,它們就直接挑戰了我們的太陽系演化理論。

因為根據該理論,太陽系中的八大行星都是誕生于一個被稱為“原行星盤”的結構,而在天王星和海王星形成的區域中,應該不可能存在足夠的物質,能夠讓它們形成主要是由巖石構成的“巖石巨星”。
不過就目前的情況來看,此次研究也只是提出了一個合理的推測,實際情況是否真是如此,還有待進一步探索。
好消息是,在不遠的未來,就會有探測器對天王星進行前所未有的詳細探測(例如中國的“天問四號”,以及NASA的“天王星軌道器和探測器”),期待屆時我們可以找到這個問題的答案。
目前該研究已被《天文學與天體物理學》(Astronomy & Astrophysics)雜志接受發表。
參考資料:Icy or Rocky? Convective or Stable? New interior models of Uranus and Neptune,arXiv:2510.00175v2
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