在太陽系的邊緣,天王星與海王星長久以來被視為冰巨星的典型代表,其表面覆蓋著厚厚的冰層,仿佛兩顆巨大的冰球漂浮在星際空間。然而,最新科學研究卻對這些傳統認知提出了挑戰,揭示了這兩顆行星隱藏的硬核本質。
傳統上,冰巨星被定義為主要由比氫和氦重的冰態物質,如水、氨和甲烷構成的行星。天王星和海王星,作為太陽系中距離最遠的兩顆行星,自然成為了這一類別的代表。然而,隨著科學技術的進步,科學家們開始對它們的內部結構產生疑問,尤其是當精密觀測數據揭示出它們磁場的異常特性時。
磁場,作為行星內部結構的“指紋”,記錄著行星內部的物質分布和動力學過程。天王星和海王星的磁場強度遠超普通冰巨星的理論預期,且存在顯著的移位和傾斜,與太陽系內其他行星的磁場分布規律大相徑庭。這一發現促使科學家們重新審視這兩顆行星的內部結構。
為了揭開這一謎團,研究團隊結合了哈勃空間望遠鏡的后續觀測數據與地面大型射電望遠鏡的探測結果,對天王星和海王星的磁場進行了多維度協同分析。與旅行者2號探測器早期的單次飛掠觀測不同,這種長期跟蹤觀測方式能夠捕捉到磁場的動態變化,為反推行星內部結構提供了關鍵線索。
觀測結果顯示,天王星和海王星的磁場不僅強度驚人,其磁場中心與行星幾何中心的偏移量更是達到了行星半徑的三分之一以上。這一反常現象促使科學家們運用行星內部動力學模型進行擬合,結果令人震驚:要形成如此獨特的磁場結構,行星內部必須存在一個質量巨大、密度極高的巖石核心,其質量至少達到地球質量的10倍以上。
這一發現徹底顛覆了傳統冰巨星模型,該模型認為冰巨星內部僅存在小型巖石核心,主要成分是冰態的水、氨和甲烷。而此次觀測推導出的超大巖石核心,意味著天王星和海王星的核心占比遠超預期,它們的本質并非“巨型冰球”,而是以巖石為核心的“硬核”行星,一種被科學家命名為“巖核主導型巨行星”的新型行星類型。
科學家們進一步推測,天王星和海王星可能形成于太陽系早期的巖石物質富集區域。在那里,巨大的巖石核心通過引力聚集形成,隨后強引力捕獲了周圍的輕元素氣體和冰態物質,形成了外層包裹結構。由于核心質量巨大,其產生的引力場和磁場生成機制與傳統冰巨星截然不同,進而導致了反常磁場的出現。
為了驗證這一假設的普遍性,科學家們利用現有觀測數據建立起了太陽系行星形成模型。結果發現,天王星和海王星的巖石核心質量遠超木星和土星,是后者的5倍以上。作為對比,木星的巖石核心質量僅為地球質量的2-10倍,而天王星的巖核質量已穩定達到地球質量的15倍。











