在太阳系的边缘,天王星与海王星长久以来被视为冰巨星的典型代表,其表面覆盖着厚厚的冰层,仿佛两颗巨大的冰球漂浮在星际空间。然而,最新科学研究却对这些传统认知提出了挑战,揭示了这两颗行星隐藏的硬核本质。
传统上,冰巨星被定义为主要由比氢和氦重的冰态物质,如水、氨和甲烷构成的行星。天王星和海王星,作为太阳系中距离最远的两颗行星,自然成为了这一类别的代表。然而,随着科学技术的进步,科学家们开始对它们的内部结构产生疑问,尤其是当精密观测数据揭示出它们磁场的异常特性时。
磁场,作为行星内部结构的“指纹”,记录着行星内部的物质分布和动力学过程。天王星和海王星的磁场强度远超普通冰巨星的理论预期,且存在显著的移位和倾斜,与太阳系内其他行星的磁场分布规律大相径庭。这一发现促使科学家们重新审视这两颗行星的内部结构。
为了揭开这一谜团,研究团队结合了哈勃空间望远镜的后续观测数据与地面大型射电望远镜的探测结果,对天王星和海王星的磁场进行了多维度协同分析。与旅行者2号探测器早期的单次飞掠观测不同,这种长期跟踪观测方式能够捕捉到磁场的动态变化,为反推行星内部结构提供了关键线索。
观测结果显示,天王星和海王星的磁场不仅强度惊人,其磁场中心与行星几何中心的偏移量更是达到了行星半径的三分之一以上。这一反常现象促使科学家们运用行星内部动力学模型进行拟合,结果令人震惊:要形成如此独特的磁场结构,行星内部必须存在一个质量巨大、密度极高的岩石核心,其质量至少达到地球质量的10倍以上。
这一发现彻底颠覆了传统冰巨星模型,该模型认为冰巨星内部仅存在小型岩石核心,主要成分是冰态的水、氨和甲烷。而此次观测推导出的超大岩石核心,意味着天王星和海王星的核心占比远超预期,它们的本质并非“巨型冰球”,而是以岩石为核心的“硬核”行星,一种被科学家命名为“岩核主导型巨行星”的新型行星类型。
科学家们进一步推测,天王星和海王星可能形成于太阳系早期的岩石物质富集区域。在那里,巨大的岩石核心通过引力聚集形成,随后强引力捕获了周围的轻元素气体和冰态物质,形成了外层包裹结构。由于核心质量巨大,其产生的引力场和磁场生成机制与传统冰巨星截然不同,进而导致了反常磁场的出现。
为了验证这一假设的普遍性,科学家们利用现有观测数据建立起了太阳系行星形成模型。结果发现,天王星和海王星的岩石核心质量远超木星和土星,是后者的5倍以上。作为对比,木星的岩石核心质量仅为地球质量的2-10倍,而天王星的岩核质量已稳定达到地球质量的15倍。











