在這張詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的照片中，天王星在其明亮的光環外殼內發光。（圖片來源：uux.cn/NASA、ESA、CSA、STScI）
（神秘的地球uux.cn）據美國生活科學網站（Deepa Jain）：天文學家長期以來一直認為冰巨星天王星和海王星富含冷凍水。然而，一項新的研究表明，它們可能也有成噸的甲烷冰。
這些發現可能有助於解開這些冰世界是如何形成的謎題。
天王星和海王星的許多情況仍然未知。這些巨大的冰世界隻有一個航天器訪客，旅行者2號，它在20世紀80年代從它們身邊飛過。因此，科學家們對這些冰巨星的成分隻有一個模糊的概念——例如，它們含有大量的氧、碳和氫。
為了進一步了解天王星和海王星是由什麽組成的，天文學家設計了與旅行者2號和地球望遠鏡測量到的物理性質相匹配的模型。許多模型假設這些行星有一個薄的氫和氦包層；壓縮的超離子水和氨的下層；和一個中心岩石核心。（水是它們被貼上“冰巨人”標簽的原因。）一些估計表明，天王星和海王星的水量可能是地球海洋的50000倍。
但這項新研究的作者表示，這些模型忽略了冰巨星的形成方式。當天王星和海王星從年輕太陽周圍的塵埃雲中結合時，它們吞噬或吸積了被稱為星子的物體。該團隊表示，這些星子類似於現在的彗星，如67P/Churyumov Gerasimenko，它們起源於柯伊伯帶，這是海王星軌道外結冰天體的環形區域。

天王星可能充滿了糊狀的甲烷，但隻有軌道飛行器任務才能證實這一點。（圖片來源：uux.cn/美國國家航空航天局）
然而，與所謂的富含水的冰巨星不同，這些類似星子的物體中有很大一部分富含碳。那麽，該研究的主要作者、以色列理工學院的行星科學家Uri Malamud說：“怎麽可能用貧冰的積木形成一個冰巨人呢？”。
為了解決這個明顯的悖論，馬拉穆德和他的合著者建造了數十萬個天王星和海王星內部的模型。他們使用的算法“開始為行星表麵匹配合適的成分，然後逐漸深入行星的中心點。”他們考慮了幾種化學物質，包括鐵、水和天然氣的主要成分甲烷。然後，他們試圖確定哪個模型在半徑和質量等特征上最像實際的冰巨星。
在他們建立的各種模型中，天文學家發現那些含有甲烷的模型符合他們的標準，甲烷要麽呈固體塊狀，要麽在一定壓力下呈糊狀，在氫氦包層和水層之間形成一層厚厚的層。在一些模型中，甲烷占地球質量的10%。
該團隊於3月將尚未經過同行評審的結果發布到預印本服務器arXiv上。
這種甲烷是解決冰悖論的關鍵。研究人員說，當生長中的行星中的氫與行星吸積的星子中的碳發生化學反應時，可能會形成冰。這種反應發生在高溫和超高壓下——是我們在地球上經曆的氣壓的數百萬倍。這些正是科學家們認為在發展中的行星中存在的確切條件。
馬拉穆德說，這些發現可以為這些鮮為人知的行星提供更深入的了解，盡管驗證它們是否真的富含甲烷將是一項挑戰。這將是美國國家航空航天局和其他航天機構提出的幾項旨在探索天王星的任務之一的目標。

(责任编辑：娛樂)