天王星、海王星 奇特磁場解謎

編譯/潘楠慕 |2025.09.14
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NASA旅行家二號探測器捕捉的天王星(左)和海王星(右)影像。圖/法新社

編譯/潘楠慕

天文學家或許終於解開天王星(Uranus)和海王星(Neptune)的奇特磁場之謎。美國加州大學提出的研究認為,這兩顆太陽系中典型的冰巨星,可能各自隱藏著一片巨大的海洋,這層液體正是造成它們磁場特殊的關鍵。

柏克萊加州大學行星科學家米利澤(Burkhard Militzer)在《美國國家科學院院刊》(PNAS)發表論文,提出這項看法。天王星、海王星外表看似平靜,但是其磁場呈大幅傾斜且偏離中心,迥異於太陽系中地球、木星或土星等其他行星,雙極磁場大約與自轉軸方向一致。科學家原本認為,天王星是因早期巨大撞擊導致磁場偏轉,但是海王星磁場也呈現類似的顯著傾斜,使得這種解釋站不住腳。

米利澤的研究,利用模擬約500個原子的運動,推演這兩個行星內部的結構,模型顯示,行星大氣層下有大約8000公里厚的「水」層。他說:「我們認為那是海洋,其中混合了氫,而且導電性高,這一點對磁場具有重要性。」

這層水層與下方更深層的碳、氮與氫層分離,如同油與水互不相融,而這兩星球上的海洋壓力,可能比地球大6萬倍,因此「水」層可能並非像地球上的水,而是兼具氣體和液體特性的超臨界流體。

米利澤解釋,通常氫層堆積在上方時,水層會溶解進去,但是由於冰巨星距離太陽較遠,形成時獲得的氫,可能比木星和土星少,因而保留了獨立的水層,因此,造成它們磁場扭曲的原因,是這層水層、而非行星核心。

美國科羅拉多大學行星科學教授巴格納爾(Fran Bagenal)認為,這項研究有助於釐清,如木星、土星等以氫為主的氣態巨行星,和冰巨星之間一大關鍵差異,也更強化重回天王星探索的理由。

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