“孪生”行星天王星和海王星可能有不同的起源故事
“孪生”行星天王星和海王星可能有不同的起源故事。图片来源：T. Briand
（神秘的地球uux.cn）据《天文学与天体物理》：通过间接探测天王星和海王星大气层的深处，一支国际科学家团队揭示了它们化学成分上的显著差异。海王星似乎比天王星富含氧气。这些结果表明，这两颗冰巨行星可能在原始太阳系的不同区域形成，才到达它们当前的轨道，这对这两颗常被视为孪生子的行星是否有共同起源的观点提出了质疑。
天王星和海王星是太阳系中最少被探索的行星。只有旅行者2号飞船曾分别于1986年和1989年飞过。然而，理解它们的起源对行星科学来说是一个重要挑战：相当大小的行星占迄今为止约6000颗系外行星的一半以上。
为了追溯这两个世界的历史，科学家们试图确定它们深层的组成，这些深层由于众多连续的云层，无法直接观测。因此，他们必须识别能间接揭示其成分的示踪剂。一氧化碳（CO）就是其中一种示踪剂。它在大气深层产生或存在，可以穿越多层云层输送到可观测的高度。因此，其浓度为观察可见云层以下的区域提供了窗口。
在发表在《天文学与天体物理》上的这项新研究中，一支国际研究团队结合了描述大气化学和输运的数值模型与近期一氧化碳观测，尤其是通过ALMA干涉仪实现的。这一方法使得限制天王星和海王星深处的碳氧丰度比（C/O）成为可能。这一比例构成了这些行星形成材料的化学指纹。
正如之前的研究所示，海王星的氧含量明显高于天王星。当碳丰度与碳丰度结合时，这种差异导致海王星的碳/氧比降低，尽管两颗行星之间的可能值范围是重叠的。如果这两颗行星是由相同成分的物质在环绕年轻太阳的气体和尘埃盘相似区域形成，这种差异很难解释。
通过将这些结果与描述原始太阳系化学演化的模型进行比较，科学家们表明天王星和海王星可能拥有不同的形成历史。天王星可能形成在相对较远的太阳附近，接近其当前轨道，而海王星可能最初出现在靠近太阳的区域，那里固体物质氧气含量更高，随后迁移到当前轨道。然而，这些行星在原始太阳系内的联合形成和运动仍有待澄清。
这些新结果尚未能对两颗行星的历史进行最终重建。尤其是它们深层大气中的垂直环流仍是主要的不确定因素。新的观测对于更好地限制这些行星的深层组成并检验这些场景至关重要。一项专门针对冰巨行星的探索任务，如2023年被美国国家科学院指定为未来十年首要任务的天王星轨道器和探测器（UOP）概念，将进一步揭开这些尚未被广泛知晓世界的起源面纱。
出版信息
T. Briand 等，《天王星与海王星中二氧化碳/氧气比的对比：不同进化路径的线索？》，《天文学与天体物理》（2026年）。DOI：10.1051/0004-6361/202660770
