天王星和海王星大气下藏着什么秘密

【科普园地】

◎本报记者 张佳欣

“钻石雨”或“超离子水”，只是行星科学家对太阳系里两颗独特却神秘的冰巨星——天王星和海王星内部世界的两种大胆想象。在它们那层厚厚的、略带蓝色的氢氦大气之下，究竟隐藏着什么秘密？为何它们的磁场如此奇怪？

现在，来自美国加州大学伯克利分校的科学家提出一种新理论：这两颗星球的内部存在分层。也就是说，天王星和海王星云层之下隐藏着一片深邃的水域，而水下是高度压缩的碳、氮和氢流体，这两层就像油水一样不相融合。

想象一下，如果一个行星从外到里慢慢冷却，那些又冷又重的物质就会往下沉，而热乎乎的流体则会像开水冒泡一样往上冒，这个过程叫作对流。如果行星内部能导电，对流物质就能产生像条形磁铁那样的磁场，也就是偶极磁场。地球就有这样一个磁场，从北极延伸到南极，形成回路，这就是为什么指南针总是会指向南北两极的原因。

但旅行者2号探测器发现，天王星和海王星的磁场乱糟糟的，不存在偶极磁场，这意味着在它们内部深处没有物质对流。曾经有推测，这两颗行星内部可能存在分层。

利用计算机模拟，科学家发现，当原子受到加热和压缩时会自动分成两层。在行星内部的温度和压力下，水、甲烷和氨会自然分离成两层：上层是较轻的水，下层是较重的、高度压缩的碳、氮和氢流体。这两层之间不会进行对流。水多的上层可能产生了科学家观测到的杂乱无章的磁场，而碳氢化合物多的下层则不会产生磁场。

而这两颗行星的内部结构也很有趣：天王星在大气层下，是一个厚厚的富含水的层，再下面又是一个厚厚的富含碳氢化合物的层；海王星比天王星重，直径更小，大气层更薄，但同样有着厚厚的富含水和富含碳氢化合物的层。

这些有趣的发现，对天王星和海王星的异常磁场提供了新解释，并挑战了以往科学家对其内部结构的认知。