天王星和海王星大气下藏着什么秘密
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“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。
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