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天王星和海王星倾斜磁场的未解之谜

天王星和海王星倾斜磁场的未解之谜

天王星和海王星倾斜磁场的未解之谜

据cnBeta:天王星和海王星都有一个完全倾斜的磁场,也许是由于行星特殊的内部结构。但现在苏黎世联邦理工学院研究人员的新实验表明多种假说均不成立,这个谜团仍没有头绪。天王星和海王星这两颗大型气体行星拥有奇怪的磁场。这些磁场相对于行星的自转轴都有强烈的倾斜,并且与行星的物理中心有明显的偏移,其原因一直是行星科学界的一个谜团。

各种理论认为,这些行星独特的内部结构可能是造成这种奇异现象的原因。这些假说认为偏斜的磁场是由对流层中的循环引起的,而对流层由导电液体组成。这个对流层又围绕着一个稳定的分层的非对流层,在这个对流层中,由于材料的高粘度,没有循环,因此对磁场没有太多影响。

计算机模拟显示,天王星和海王星的主要成分--水和氨,在非常高的压力和温度下进入一种不同寻常的状态:"超离子状态",它同时具有固体和液体的特性。在这种状态下,氢离子在氧气或氮气形成的晶格结构中变得流动起来。

最近的实验研究证实,超离子水可以存在于根据理论,稳定分层区域所在的深度。因此,可能是分层层是由超离子成分形成的。但是,由于超离子状态的物理特性尚不清楚,这些成分是否真的能够抑制对流并未可知。

苏黎世联邦理工学院地球科学系的木村智明和村上元彦现在离找到答案又近了一步。这两位研究人员在实验室里用氨进行了高压和高温实验。实验的目的是确定超离子材料的弹性。弹性是影响行星地幔热对流的最重要物理性质之一。值得注意的是,材料在固态和液态下的弹性是完全不同的。

在调查中,研究人员使用了一种叫做金刚石砧板电池的高压仪器。在这种仪器中,氨气被放置在一个直径约100微米的小容器中,然后夹在两个金刚石尖端之间压缩样品。这样就可以将材料置于极高的压力下,如天王星和海王星内部的压力。

然后用红外激光将样品加热到2000多摄氏度。同时,一束绿色激光照亮样品。通过测量散射的绿色激光的波谱,研究人员可以确定材料的弹性和氨中的化学键。不同压力和温度下波谱的变化可以用来确定氨在不同深度的弹性。

木村和村上在测量中发现了一种新的超离子氨相(γ相),它表现出与液相相似的弹性。这种新相可能稳定在天王星和海王星的深层内部,因此在那里出现。然而,超电离氨的行为就像液体一样,因此它的粘性不足以促成非对流层的形成。

基于新的研究结果,超离子水在天王星和海王星内部有什么特性的问题就变得更加迫切。因为即使是现在,这两颗行星为什么会有如此不规则的磁场,这个谜团仍然没有解开。

机器头条新闻 news.ji-qi.com)综合整理。

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