天王星和海王星大氣下藏着什麼秘密

【科普園地】

◎本報記者 張佳欣

“鑽石雨”或“超離子水”，只是行星科學家對太陽系裏兩顆獨特卻神秘的冰巨星——天王星和海王星內部世界的兩種大膽想象。在它們那層厚厚的、略帶藍色的氫氦大氣之下，究竟隱藏着什麼秘密？為何它們的磁場如此奇怪？

現在，來自美國加州大學伯克利分校的科學家提出一種新理論：這兩顆星球的內部存在分層。也就是説，天王星和海王星雲層之下隱藏着一片深邃的水域，而水下是高度壓縮的碳、氮和氫流體，這兩層就像油水一樣不相融合。

想象一下，如果一個行星從外到裏慢慢冷卻，那些又冷又重的物質就會往下沉，而熱乎乎的流體則會像開水冒泡一樣往上冒，這個過程叫作對流。如果行星內部能導電，對流物質就能產生像條形磁鐵那樣的磁場，也就是偶極磁場。地球就有這樣一個磁場，從北極延伸到南極，形成迴路，這就是為什麼指南針總是會指向南北兩極的原因。

但旅行者2號探測器發現，天王星和海王星的磁場亂糟糟的，不存在偶極磁場，這意味着在它們內部深處沒有物質對流。曾經有推測，這兩顆行星內部可能存在分層。

利用計算機模擬，科學家發現，當原子受到加熱和壓縮時會自動分成兩層。在行星內部的温度和壓力下，水、甲烷和氨會自然分離成兩層：上層是較輕的水，下層是較重的、高度壓縮的碳、氮和氫流體。這兩層之間不會進行對流。水多的上層可能產生了科學家觀測到的雜亂無章的磁場，而碳氫化合物多的下層則不會產生磁場。

而這兩顆行星的內部結構也很有趣：天王星在大氣層下，是一個厚厚的富含水的層，再下面又是一個厚厚的富含碳氫化合物的層；海王星比天王星重，直徑更小，大氣層更薄，但同樣有着厚厚的富含水和富含碳氫化合物的層。

這些有趣的發現，對天王星和海王星的異常磁場提供了新解釋，並挑戰了以往科學家對其內部結構的認知。