天王星和海王星内部是什么？一种新的发现方式

在我们寻找系外行星的过程中，我们发现其中许多都属于某些类型或类别，例如热木星、超级地球和冰巨人。虽然我们太阳系中没有前两个的例子，但我们确实有两个冰巨星：天王星和海王星。它们是在太阳系寒冷的外部区域形成的中型气态行星。正因为如此，它们富含水和其他挥发性化合物，与木星等大型气态巨星有很大不同。关于这些世界，我们还有很多东西需要了解，但到目前为止我们的发现令人惊讶，例如它们磁场的性质。

当旅行者2号宇宙飞船在20世纪80年代飞越天王星和海王星时，它发现这两个星球都没有像地球那样强大的偶极磁场。相反，它们都有一个更弱、更混乱的磁场，类似于火星。考虑到我们对行星形成的了解，这是令人惊讶的。

在行星的年轻时期，由于重力压缩，内部变得非常热。这将允许较重的物质，如铁下沉到核心，而较轻的物质，如水，将向地表移动。对于地球来说，这创造了一个镍铁核心，其外壳由硅酸盐、水和有机物组成。核心的巨大热量也会允许一个对流区域，在那里，热的核心物质在冷却和下沉之前会上升一点，形成密集物质的循环流动。在地球上，这个对流铁区产生了我们星球的强磁场。由于天王星和海王星可能有一个地球大小的金属核心，我们预计它们有一个类似的对流区域，产生类似的磁场。但这不是我们观察到的。

在旅行者2号的发现之后，人们认为可能是某种机制阻止了对流区域的形成。也许气体巨星内部的层不会混合，类似于油和水的分离。但具体细节仍不得而知。由于我们无法在实验室中创造出气体巨星核心的高密度高压环境，因此我们无法测试各种模型。我们也没有再向这两个星球发射探测器，所以我们没有办法在原地收集新的数据。

一种可以解决这个谜团的方法是使用计算机模拟。然而，模拟数百个分子的相互作用来计算它们的体积性质是非常密集的。对于十年前的计算机系统来说太复杂了。但一项新的研究模拟了500多个分子的体积特性，这足以计算出一个冰巨星的层是如何形成的。

模拟显示了天王星和海王星中间区域的水、甲烷和氨是如何分离成两个不可混合的层的。这主要是因为氢气被挤出了内部深处，这限制了混合的发生。在这些层中没有对流区，行星就不能形成强大的偶极磁场。天王星可能有一个水星大小的岩石内核，而海王星可能有一个火星大小的岩石内核。

未来的实验室实验可能会证实这些体积特性中的一些，而且有一个前往天王星的计划将收集数据来证实或反驳这个模型。

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！