新研究挑战天王星和海王星的“冰巨星”传统分类

长期以来，我们习惯于将天王星和海王星归类为“冰巨星”，认为它们主要由水、甲烷和氨构成。然而，一项发表于2025年12月《天文学与天体物理学》期刊上的新研究，对这一传统观念提出了质疑。来自苏黎世大学（UZH）的科学家，包括博士生卢卡·莫夫（Luca Morf）和拉维特·赫勒德（Ravit Helleled）教授，公布了他们的研究结果，这些结果表明，这两颗外行星的岩石成分可能比我们先前估计的要高得多。

这一发现对于行星系统的形成模型具有深远影响，特别是考虑到太阳系外已知的大多数类地行星与天王星和海王星的大小相当。如果这些外行星的内部结构确实存在重大差异，那么现有的行星形成理论就需要进行修正。

在太阳系中，位于气态巨行星轨道之外的这些天体，其“冰巨星”的分类更多是基于理论推测，而非详尽的实证数据。对这些遥远世界的探索受到极大限制，迄今为止只有“旅行者2号”探测器分别在1986年和1989年对其进行了飞掠观测。UZH的研究团队采取了一种全新的、对成分“不设前提”的建模方法。这种方法允许生成数千种随机密度剖面，并只筛选出那些与“旅行者2号”的实际观测数据相吻合的模型，这与以往那些预设严格分层结构或依赖简化经验剖面的模型形成了鲜明对比。

通过分析得出的最佳成分拟合结果显示，这两颗行星可能主要由岩石构成。具体分析表明，天王星的岩石与水质量比可能比海王星高出近十倍，这暗示了两颗行星内部结构存在显著差异。这种更偏向岩石的解释与冥王星的成分数据相符，冥王星作为柯伊伯带天体，已知其约70%的质量由岩石和金属构成。对于天王星而言，允许的模型范围非常宽泛，其岩石与水质量比可以在0.04到接近4之间波动，跨越了百倍的差异。

新的模型还为解释这两颗行星上观测到的混乱、多极性磁场提供了新的视角。研究团队发现，不同深度的“离子水”层可能各自产生独立的磁场发电机效应，从而解释了不同于地球相对简单的偶极场（非偶极几何形状）的磁场结构。赫勒德教授指出，研究表明天王星的磁场起源深度要比海王星的更深。然而，研究人员也谨慎地提醒，由于对极端内部压力和温度下物质行为的理解仍有欠缺，模型中仍然存在显著的不确定性。

赫勒德教授强调，现有数据尚不足以最终确定它们究竟是岩石巨星还是冰巨星，因此，部署专门的探测任务来揭示其真实的内部结构至关重要。未来的探索任务已成为各大航天机构的优先事项。根据美国国家航空航天局（NASA）2023年至2032年十年期勘测报告，NASA的“天王星轨道器与探测器”（UOP）概念任务被列为最高优先级的旗舰级任务，尽管由于钚生产短缺，预计发射时间已推迟至2030年代中后期。与此同时，中国正计划“天问四号”任务，该任务包括在2030年左右发射后，预计于2045年3月左右对天王星进行一次飞掠探测。