天王星与海王星由何构成？

本文转自：参考消息

参考消息网5月8日报道 据美国趣味科学网站日前报道，一项研究表明，冰巨星天王星和海王星并不像之前认为的那样富含水。它们也可能含有大量的冷冻甲烷，这可能会解开它们是如何形成的这一谜团。

长期以来，天文学家一直认为冰巨星天王星和海王星富含水冰。然而，一项新的研究表明，它们可能还有大量的甲烷冰。

这些发现可能有助于解开这些冰冷的世界是如何形成的这一谜团。

关于天王星和海王星，还有很多未知之处。只有一艘宇宙飞船造访过这两颗冰巨星，即“旅行者二号”探测器，它在20世纪80年代从它们身边飞过。因此，科学家们对这些冰巨星的构成只有一个模糊的概念——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“旅行者二号”和地球望远镜测量到的物理特性相匹配的模型。许多模型假设这两颗行星有一个很薄的氢和氦包层；下面有一层被压缩的超离子水和氨；中央是岩石内核。其中的水给了它们“冰巨星”的标签。有人估计，天王星和海王星各自拥有的水可能是地球海洋水量的5万倍。

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围绕着早期太阳的尘埃云中聚结时，它们吞噬或吸积了被称为星子的物体。

研究小组说，这些星子类似于今天的彗星，如67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星，它们起源于柯伊伯带——在海王星轨道之外绕行的小型冰体构成的碟形带。

然而，与想象中富含水的冰巨星不同，这些类星子物体中有很大一部分富含碳。该研究的主要作者、以色列理工学院的行星科学家乌里·马拉穆德说：“它是如何从缺冰的积木块形成冰巨星的呢？”

为了解决这个明显的悖论，马拉穆德及其共同作者建立了成千上万个天王星和海王星内部的模型。他们使用的算法“开始匹配适合行星表面的成分，并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，他们设法确定哪个模型在半径和质量等特征上与实际的冰巨星最相似。

天文学家发现，在他们建立的各种模型中，那些含有甲烷的模型符合他们的标准，甲烷——要么是固态的，要么是在一定的压力下呈黏稠状——在氢氦包层和水层之间形成一层厚厚的甲烷层。在一些模型中，甲烷占该星球质量的10%。

该团队在阿奇夫论文预印本网站上发表了他们的研究结果，但尚未经过同行评审。

这些甲烷是解决冰悖论的关键。研究人员说，当生长中行星的氢与行星吸积的星子中的碳发生化学反应时，冰可能就形成了。这种反应发生在高温和超高压下——是我们在地球上气压的数百万倍。科学家们认为这些正是行星形成过程中存在的条件。

马拉穆德说，这些发现可以使人对这些知之甚少的行星有着更深入的了解，尽管验证它们是否真的富含甲烷将是一项挑战。

这将是美国国家航空航天局和其他太空机构提出的几个探索天王星的目标任务之一。（编译/许燕红）