两颗奇怪的行星:天王星和海王星上未解的磁场之谜

两个奇怪的行星

海王星和天王星是我们太阳系和两个天然气巨头的最外面的两颗行星。信用:美国宇航局

天王星海王星两者都具有完全偏斜的磁场,也许是由于行星的特殊内部结构。但Eth苏黎世研究人员的新实验表明,谜团仍未解决过。

两个大型天然气行星天王星和海王星有奇怪的磁场。这些各自相对于行星的旋转轴线强烈倾斜,并且从行星的物理中心显着偏移。这个原因是行星科学的长期神秘。各种理论假设这些行星的独特内部结构可能对这种奇异现象负责。根据这些理论,偏斜磁场是由对流层中的循环引起的,这包括导电流体。该对流层又围绕着稳定的非对流层,其中由于其高粘度而没有材料循环,因此对磁场没有贡献。

非凡的国家

计算机模拟表明,水和氨是天王星和海王星的主要成分,在非常高的压力和温度下进入异常状态:“表面状态”,具有固体和液体的性质。在这种状态下,氢离子在通过氧或氮气形成的晶格结构内移动。

近年来的实验研究证实,在理论认为的稳定成层区域所在的深度存在超水。因此,分层可能是由超离子成分形成的。然而,由于超离子状态的物理性质还不清楚,这些成分是否真的能够抑制对流。

最小空间的高压

来自苏黎世联邦理工学院地球科学系的Tomoaki Kimura和Motohiko Murakami现在离找到答案又近了一步。这两名研究人员在他们的实验室里用氨进行了高压和高温实验。实验的目的是测定超音波材料的弹性。弹性是影响行星地幔热对流最重要的物理性质之一。值得注意的是,这些材料在固态和液态时的弹性是完全不同的。

在他们的调查中,研究人员使用了一种被称为钻石砧室的高压设备。在这个仪器中,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针尖之间,压缩样品。这使得将物质置于极端高压之下成为可能,比如天王星和海王星内部的物质。

然后将样品加热至超过2,000度科尔斯群岛用红外线激光器。与此同时,一束绿色激光束照亮了样品。通过测量散射绿色激光的波谱,研究人员可以确定材料的弹性和氨中的化学键。在不同的压力和温度下,波动谱的变化可以用来确定氨在不同深度下的弹性。

发现了一个新的阶段

在他们的测量中,Kimura和Murakami发现了一种新的超离子氨相(γ相),它表现出类似于液相的弹性。这个新阶段在天王星和海王星的内部深处可能是稳定的,因此发生在那里。然而,超离子氨表现为液体,因此它没有足够的粘性来促进非对流层的形成。

鉴于新结果,外部水域内部的属性的问题是鉴于新的结果。甚至现在,两个行星具有这种不规则磁场的谜团仍然保持未解决。

参考:“超离子NH的流体状弹性反应。3.在天王星和海王星“由TomoakiKimura和Motohiko Murakami,2021年3月31日,国家科学院的诉讼程序
DOI:10.1073 / PNAS.2021810118

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