天王星和海王星的組成可能與先前想像不同

編譯/李寓心

長期以來,天文學家認為天王星和海王星富含冰凍水。但近期有新研究指出,這兩個典型的冰巨行星(ice giant),組成可能不像研究人員之前認為含有大量的「冰」,也許還藏有大量冰凍的甲烷。這些發現和推測的研究結果,未來可能將有助於解開冰巨星形成的謎題。

天王星在明亮的光環外殼內發光。圖取自Live Science

根據報導,研究人員為了更進一步了解天王星和海王星的組成,美國太空總署(NASA)在1977年發射「航海家2號」(Voyager 2),成為有史以來運作時間最久的太空探測器。天文學家們透過探測器和地面望遠鏡測量的物理特性,建立行星內部模型。然而這兩個冰巨行星的探測器,僅有航海家2號在軌運行蒐集相關數據,所以有關行星形成人類所知甚少,只有一個模糊的概念,例如它們含有大量的氧、碳和氫等。

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形成冰巨行星的矛盾點

雖然有許多模型假設冰巨行星具有稀薄的氫和氦外殼;下層為壓縮的超離子水和氨;以及一個岩石核心,表明天王星和海王星的含水量,可能都比地球海洋的總量多50,000倍。但新研究作者表示,這些模型忽略冰巨行星形成的方式,因為類似原行星的物體中,有很大一部分富含碳。所以為了解決這個明顯的矛盾,研究人員Malamud和團隊構建數十萬個天王星和海王星內部結構模型,運用演算法從匹配行星表面的合適成分開始,逐漸深入到行星的核心。

尋找合理的行星組成模型

在研究人員建立的各種模型中,發現含有甲烷的模型最符合標準,甲烷以塊狀在氫氦外殼和水層之間形成一個厚層。對此研究人員表示,這種甲烷是解開冰謎的關鍵,因為當正在生成行星中的氫,與行星吸積的原行星中的碳,發生化學反應時就可能形成冰,科學家認為這是正在發育行星中存在的條件。因此,這項研究結果將有助於天文學家,更深入了解這些鮮為人知的行星組成。

資料來源:Live Science

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