天王星與海王星大氣之下有深海，新理論揭示內部不相溶分層結構
人們預想表面雲淡風輕的天王星、海王星內部應該存在鑽石雨、超離子冰景象，才能解釋這 2 顆行星雜亂不堪的磁場，然而新理論認為，這兩顆冰巨行星濃厚氫氦雲層下方都存在不相溶物質層，包括富含水及富含碳氫化合物的分層，可以解釋為何這 2 顆行星磁場如此混亂。
當行星表面向下冷卻，寒冷、密度較大的物質會下沉，較熱流體則像沸水一樣上升，這個過程稱為對流。若內部存在導電條件，則這些行星對流材料將產生類似條形磁鐵的偶極磁場，比如地球的偶極場由液態鐵外核產生。
然而航海家二號探測器在 1980 年代末飛越海王星與天王星時，卻發現這 2 顆冰巨星都不具偶極磁場，只顯現雜亂無章的磁場，說明行星內部深處不存在物質對流運動。
為了解釋這些觀察結果，兩個獨立研究團隊在 20 多年前提出行星具有無法混合的物質層，阻止大規模對流並產生全球偶極磁場，其中一層的對流可能產生雜亂磁場，只是 2 個團隊都無法解釋這些不混合層由什麼組成。
直到現在，加州大學柏克萊分校地球與行星科學家 Burkhard Militzer 團隊根據電腦模擬，發現天王星、海王星內部的溫度與壓力會使水、甲烷、氨自然分離成不相混合的層，主要是氫會從甲烷和氨中被擠出，擠出的量隨壓力與深度增加而增加，最終形成穩定的碳-氮-氫分層。
研究人員表示，富含水的上層可能透過對流產生我們觀察到的雜亂磁場，富含碳氫化合物的下層則無法產生對流。
▲ 天王星、海王星大氣層下方，存在不相溶的水層與碳層。（Source：pixabay）
這些不混溶結構同時可以解釋為什麼天王星、海王星都沒有類似地球的磁場，也暗示早期內部有關鑽石雨、超離子冰的理論不太可能成立。
Burkhard Militzer 預測，天王星厚 4.8 公里的大氣層下方有 8 公里厚的水層，水層下方還有厚 8 公里富含碳氫化合物的層，行星岩石核心約水星大小；海王星質量比天王星大，直徑較小、大氣層更稀薄，但同樣擁有富含水與富含碳氫化合物的分層，岩石核心比天王星的稍大，約火星大小。
迄今最常見系外行星大小往往與天王星、海王星相當，如果其他恆星系統成分與太陽系相似，那麼這些恆星周圍的冰巨行星很可能擁有相似內部結構。
有趣的是，早些時候另一篇研究對天王星的混亂磁場提出不同觀點，認為航海家二號探測器只是剛好在太陽活動擾亂太空天氣的「錯誤時間」飛越，才取得天王星磁場混亂不堪的反常數據，正常情況下，天王星磁場看起來也許與太陽系其他行星周圍磁泡相似，沒有任何異常。
由於天王星、海王星距離我們極遠，又沒有太多近距離數據可琢磨，目前還無法判斷這些理論誰對誰錯。
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（首圖來源：pixabay）