新手段：揭开太阳系中最大怪物的神秘面纱

简介：科学家通过新模型模拟天王、海王；两颗行星，研究结果对系外星球探索具有指导价值。

　　天王星与海王星非常寒冷，是冰的神秘世界，它们在太阳系中与其余的行星全然不同；科学家认为对这两颗星体的更好认识对于理解行星的形成过程非常重要。目前，一种新模式手段为科学家几十年的追求提供了机会，这个手段就是：探视星体的内部。

　　科学家开始观察这些行星的热流方式与电流方式，而这一方法在过去是无法在实验室重复再现的。

　　谈到行星的表面，太阳系中的天王星与海王星最容易被忽略，这两个行星既缺少木星与土星的耀眼特性、又不具有火星与水星明显的颜色；两颗星体只呈现出不同色调的蓝色。

　　通过哈勃空间望远镜观察到的海王星。NASA/JPL/STScI

　　但是，如果仔细观察，照片上可以看到两个明显的“异常”。“冰巨行星”的称号意味着每一颗星体由既热又密的流体组成，这些流体是由“冰”物质组成；对于海王星，这些冰物质就是水、甲烷及氨，它们被一层岩核所包围

　　因而，有一些科学家认为这两颗行星不过是裸露状态的气态巨行星岩核，其裸露的原因尚不清楚，这里提到的气态行星如：土星与木星。

　　费德里科.格拉斯里与斯特法诺.巴洛尼，分别以第一与最后一位作者在七月份《自然通讯》期刊发表了一篇论文，论文详细讲述了这一模型; 他俩指出此模型的另一合理性，即：“或许天王星与海王星也主要是由水组成”，即使两颗行星都不被认为拥有生命，但在这种奇特环境下仅仅拥有水或许就能揭示行星形成的关键原因，这一形成的原因对于外太阳系行星更为适用。

　　格拉斯里通过电子邮件对《逆向》阐述：“几年以来，这一理论已经吸引了更多的注意，用这一理论或手段作为测试平台研究那些以水为主的外行星的类别，而这些以水为主的外行星或许与太阳系以外行星体具有相同特性。对富含水的行星与卫星的研究对当下寻找外星球生命举足轻重”。

　　两位科学家还阐述：了解行星的内部结构是了解行星诸多方面中最重要的第一步。

　　（天王星合成图。它的侧磁极对科学家还是神秘的。劳伦斯.斯洛莫斯基，威斯康星大学麦迪逊分校/凯克天文台 Lawrence Sromovsky, University of Wisconsin-Madison/W.W. Keck Observatory）

　　格拉斯里也解释：“目前我们对行星内部的知识还是基于行星表面的特征与它的磁场性质，而这些特征或性质本身受到其内部结构之物理特性的影响，这些物理特性包括：内部中间过渡层间发生的能量、物质、电荷的迁移。”

　　“潜入” ：能够精准模拟一颗星体内部的层次的检测是一个复杂的过程，这一检测以量子力学有关热力传导与电荷迁移的基本原理作为研究的基础。

　　格拉斯里继续解释道，计算是“通过高效超高速计算机”的数月工作而获得。这一研究需要他们建立新的数据分析工具（软件），为热导率与电荷迁移率计算出可靠并有价值的结果。

　　“总之，几个前沿的问题都具心动的挑战，而我们成功了！” 格拉斯里这样总结他们的工作。

　　研究团队对水的三种相态做了研究，即：液态、气态与离子态。或许有人认为研究内容应该包括“固态”，但格拉斯里与巴洛尼做了这样的解释：这些行星上的冰与我们传统意义上理解的冰并不相同；天王星与海王星上的水是不同的，这里的水密度更大，并带电。

　　在液态相与固态相之间的离子水被研究最深入最彻底。

　　“H2O分子中的氧原子以晶格的方式排列，而氢原子就像带电流体那样自由地悬浮。” 两位科学家如此解释。

　　在天王星与海王星上，水的三种形态或相态形成了热流与电流，它们可以获得相当的能量，如：海王星具有太阳系中最强烈的“风”，速度超过2,000公里每小时（1,200英里每小时）。

　　热量与电能向行星外发射还提供了行星历史的重要数据，“热力与电力的传导系数确立了行星的历史，确立了行星何时及如何形成的，也确立了行星如何冷却的”，作者继续解释。

　　在此，研究人员发现超离子水具有超大的输导率，远远超过预期设想值，这一点特别是在产生磁场的时候更为显著。超离子水主要存在于高密度分层中，这些分层位于对流液区下面，而对流液区是行星产生磁场的所在地。

　　特别得解释一下天王星的情况：天王星具有怪异的磁场、其磁场在两侧的旋转非常特殊，NASA将之称为“侧面行星”，这些特殊性的解密或许就是揭开天王星形成过程的关键。

　　这一理论并不仅仅适用于这两颗行星。格拉斯里对《逆向》继续解释：他们团队所用的方法可以“研究冰壳下整体海洋的盐水输运特性，比如土星与木星的卫星。”把太阳系中非常稀有的几颗行星当作两颗冰巨行星的卫星已经被全面深入地研究，特别是那些具有水世界潜力的行星，如：木卫二。

　　摘要：行星内部结构与热力学历史对于其诸如发光或磁场等行星表面可观察特性的影响，取决于行星内层的热传导及电荷迁移的特性，而我们对此的了解甚少。冰巨行星，如天王星与海王星，内部拥有许多水，这些水具有不同的相，即：液态、固态、离子态；研究工作从分子动力学开始的平衡角度对这些不同相的热传导与电传导特性予以评估，研究也考虑了这一理论导最新进展，以及扩展系统中输运的数据分析。此文主要介绍并讨论了我们在冰巨行星研究中有关进化模式的一些发现。

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