提到天王星和海王星，相信大家都不會(huì)陌生，畢竟它們都是太陽(yáng)系八大行星中的成員。但或許你不知道的是，由于距離遙遠(yuǎn)，我們?nèi)祟悓?duì)這兩顆行星的了解并沒(méi)有想象中那么多，很多問(wèn)題目前都沒(méi)有確定的答案。

這不，在一項(xiàng)近日發(fā)表在預(yù)印本服務(wù)器（arXiv）上的新研究中，科學(xué)家就表示，我們可能錯(cuò)了，天王星和海王星可能并不是之前認(rèn)為的那樣是“冰巨星”，而更可能是“巖石巨星”。下面我們就來(lái)了解一下這具體是怎么回事。

為啥天王星和海王星會(huì)被認(rèn)為是“冰巨星”？

天王星和海王星曾經(jīng)被認(rèn)為是與木星和土星一樣的“氣態(tài)巨行星”，但科學(xué)家后來(lái)卻逐漸發(fā)現(xiàn)，天王星和海王星的密度明顯與“氣態(tài)巨行星”對(duì)不上號(hào)。

簡(jiǎn)單來(lái)講就是，如果它們真的是主要由氫和氦構(gòu)成的“氣態(tài)巨行星”，其密度就應(yīng)該比我們實(shí)際探測(cè)到的小得多。

這是為什么呢？科學(xué)家根據(jù)太陽(yáng)系演化理論推測(cè)出，在這兩顆行星在早期吸積階段應(yīng)該是吸收了大量水、氨、甲烷等在低溫下會(huì)凍結(jié)的化合物——對(duì)于這些物質(zhì)，科學(xué)家將其統(tǒng)稱為“冰”。

于是，一個(gè)經(jīng)典模型出爐了：天王星和海王星的結(jié)構(gòu)為，最里面是一個(gè)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(duì)薄一點(diǎn)的氫氦大氣。

根據(jù)這個(gè)模型，因?yàn)樘焱跣呛秃Ｍ跣堑闹饕煞质恰氨?，所以它們就被稱為“冰巨星”。

但問(wèn)題是，這只是個(gè)推測(cè)。

迄今為止，只有一個(gè)名為“旅行者2號(hào)”的探測(cè)器——在1986年和1989年匆匆“路過(guò)”了天王星和海王星，而我們對(duì)它倆的了解，有很多都是基于這“驚鴻一瞥”的數(shù)據(jù)，然后用模型去“反推”它們內(nèi)部是啥樣的。

新的可能

參與此次研究的科學(xué)家認(rèn)為，以前的模型，多少有點(diǎn)“先入為主”，總覺(jué)得它們“應(yīng)該”是主要由“冰”構(gòu)成的，而從科學(xué)的角度來(lái)講，我們應(yīng)該客觀地對(duì)其進(jìn)行研究。

所以在此次研究中，科學(xué)家沒(méi)有做任何的預(yù)設(shè)，而是做了一個(gè)計(jì)算機(jī)理論模型，并讓其大量生成關(guān)于這兩顆行星可能具有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

在此之后，科學(xué)家再將實(shí)際的觀測(cè)數(shù)據(jù)（如質(zhì)量、赤道半徑、壓力分布、參考半徑、自轉(zhuǎn)周期及引力場(chǎng)等等）與這些可能性進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而找出其中最符合實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)的。

（哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍到的天王星和海王星）

這種通俗點(diǎn)講就是，先對(duì)天王星和海王星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行“盲猜”，得出盡可能多的可能性，然后再來(lái)看看哪些可能性與實(shí)際情況最匹配。

研究結(jié)果是令人吃驚的，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，能匹配觀測(cè)數(shù)據(jù)的可能性，其范圍非常廣泛。

對(duì)于天王星來(lái)講，它的巖石與“冰”的質(zhì)量比可以在0.004到3.92之間，也就是說(shuō)，在大部分匹配觀測(cè)數(shù)據(jù)的可能性中，天王星上巖石都應(yīng)該比“冰”更多，其質(zhì)量最高可接近“冰”的4倍。

海王星的情況稍微好點(diǎn)，但其巖石與“冰”的質(zhì)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?yàn)槿绱?，科學(xué)家才會(huì)認(rèn)為，天王星和海王星可能并不是之前認(rèn)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(xué)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(zhàn)了我們的太陽(yáng)系演化理論。

因?yàn)楦鶕?jù)該理論，太陽(yáng)系中的八大行星都是誕生于一個(gè)被稱為“原行星盤”的結(jié)構(gòu)，而在天王星和海王星形成的區(qū)域中，應(yīng)該不可能存在足夠的物質(zhì)，能夠讓它們形成主要是由巖石構(gòu)成的“巖石巨星”。

不過(guò)就目前的情況來(lái)看，此次研究也只是提出了一個(gè)合理的推測(cè)，實(shí)際情況是否真是如此，還有待進(jìn)一步探索。

好消息是，在不遠(yuǎn)的未來(lái)，就會(huì)有探測(cè)器對(duì)天王星進(jìn)行前所未有的詳細(xì)探測(cè)（例如中國(guó)的“天問(wèn)四號(hào)”，以及NASA的“天王星軌道器和探測(cè)器”），期待屆時(shí)我們可以找到這個(gè)問(wèn)題的答案。

目前該研究已被《天文學(xué)與天體物理學(xué)》（Astronomy & Astrophysics）雜志接受發(fā)表。

參考資料：Icy or Rocky? Convective or Stable? New interior models of Uranus and Neptune，arXiv:2510.00175v2