最新研究挑戰傳統觀點：天王星與海王星或非傳統「冰巨星」

傳統上，我們將天王星（Uranus）和海王星（Neptune）歸類為「冰巨星」，認為它們主要由水、甲烷和氨等物質構成。然而，一項發表於2025年12月《天文學與天體物理學》期刊上的新研究，正對此觀點提出質疑。來自蘇黎世大學（UZH）的團隊，包括博士生盧卡·莫爾夫（Luca Morf）和拉維特·赫勒德（Ravit Helleed）教授，揭示了新的模擬結果，暗示這兩顆外層行星的岩石成分可能遠高於以往的預期。此項發現對行星系統的形成模型具有深遠影響，特別是鑑於太陽系外許多類地行星的大小與天王星、海王星相仿。

在太陽系中，位於氣態巨行星之外的這兩顆行星，其「冰巨星」的分類長期以來更多基於理論推測，而非廣泛的實證數據。對這些遙遠天體的探索極為有限，迄今為止只有「旅行者二號」（Voyager 2）分別在1986年和1989年造訪過它們。UZH的研究人員採用了一種創新的、對物質成分保持「中立」的模擬方法。這種新方法能夠生成數千種隨機的密度剖面，並僅篩選出與「旅行者二號」實際觀測數據相符的模型，這與過去那些預設嚴格分層結構或依賴簡化經驗剖面的傳統模型大相逕庭。

透過這種方式得出的最佳組成模型強烈暗示，這些行星可能主要由岩石構成。分析結果顯示，天王星的岩石質量與水質量比，可能比海王星高出近十倍，這突顯了兩顆行星在內部結構上的顯著差異。這種更偏向岩石的解釋，也與冥王星（Pluto）的已知成分相吻合，後者作為柯伊伯帶天體，已知約有70%的質量由岩石和金屬組成。針對天王星，允許的模擬模型範圍極廣，其岩石與水質量比從0.04到接近4之間都有可能，顯示出極大的不確定性。

新的模型同時為兩顆行星上觀察到的混亂、多極磁場提供了可能的解釋。研究團隊發現，不同深度的「離子水層」可以產生獨立的磁場發電機效應，從而解釋了不同於地球相對簡單的偶極場的非偶極場幾何結構。赫勒德教授指出，研究顯示天王星的磁場起源深度似乎比海王星的更深。然而，研究人員也謹慎提醒，由於對物質在極端內部壓力與溫度下的行為了解不足，目前仍存在相當大的不確定性。

赫勒德教授強調，現有數據尚不足以最終斷定它們是岩石巨星還是冰巨星，因此，執行專門的探測任務以揭示其真實的內部結構至關重要。未來的探索任務已成為各國太空機構的當務之急。根據美國國家航空暨太空總署（NASA）2023年至2032年十年期規劃，其「天王星軌道器與探測器」（Uranus Orbiter and Probe, UOP）任務被列為最高優先級的旗艦級任務，儘管由於鈽燃料供應短缺，預計發射時間已推遲至2030年代中後期。此外，中國正規劃「天問四號」（Tianwen-4）任務，預計在2030年左右發射，目標是在2045年3月左右對天王星進行一次飛掠探測。