北京
當天文學家把望遠鏡對準天王星，三次觀測都捕獲了同一個信號——一氧化碳。這種氣體此前在天王星大氣中幾乎“失蹤”，而它的鄰居海王星卻大量存在。這個差異讓學界爭論了幾十年：天王星內部到底是巖石多還是冰多？現在，法國波爾多大學的 Thibault Cavalié 團隊給出的答案是，天平明顯倒向冰。
2022年至2024年間，Cavalié 和同事借助位于智利的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列（ALMA），對天王星進行了三次獨立觀測。他們在天王星的底層大氣中檢測到顯著量的一氧化碳，這是天文學家第一次在該區域明確捕捉到這種分子。此前，天王星大氣中的一氧化碳含量一直極低，以致部分研究者傾向于認為這顆行星的內部以巖石成分為主，與富含冰的海王星走的是完全不同的演化路徑。
一氧化碳在行星大氣中的豐度，常被視作其深處水冰比例的“信使”。海王星因為擁有豐富的一氧化碳，早已被推定為內部含大量水冰。天王星的“一氧化碳赤字”則讓“巖質內核”的假說占據了一段時間的上風。如果這一假說成立，就意味著這兩顆外觀相近的冰巨星實際上形成方式截然不同，甚至不應被歸為同一類天體。Cavalié 的團隊獲得的信號，顯然在撼動這一圖景。
為了驗證檢測結果是否真的指向冰內核，研究團隊構建了一系列模型，設定不同的巖石與冰的比例，試圖復現觀測到的一氧化碳濃度。只有那些假設內部富含水冰的模型，才能重現 ALMA 捕獲的數據。研究人員由此推斷，天王星深層很可能鎖藏著比早先估計多得多的水冰。Cavalié 直言：“我們發現天王星更偏向冰巨星，而不是巖質巨星。這場爭論現在結束了。”但他也補充，這一結論仍依賴于模型假設，需謹慎對待，只是團隊的整體感覺確實如此。
除了底層大氣，Cavalié 團隊還在天王星的高層大氣中探測到了一氧化碳。不過，這一來源很可能與內部無關。Cavalié 指出，高層大氣中的一氧化碳更可能是幾個世紀前彗星撞擊天王星后遺留下來的成分，屬于外部輸入而非內部釋放。這意味著，高層大氣的數據不能用來推斷行星深部結構，但底層大氣的發現仍能提供關鍵約束。
不過，并非所有研究者都認為這次發現能夠一錘定音。荷蘭萊頓大學的 Vanesa Ramirez 提醒，盡管檢測到一氧化碳是理解天王星深部結構的重要一步，但目前仍不清楚這些氣體具體源自何處。她說：“解釋大氣中的元素豐度，需要對化學過程、混合機制以及內部結構做出假設，而這些對于天王星來說都還充滿不確定性。”在模型層面，科學家們使用的模擬框架差異很大，同樣的觀測數據可以與多種巖冰比共存。Ramirez 的觀點是，僅憑一氧化碳這一個指標，還不足以徹底分清天王星到底該被視作冰巨星還是巖質巨星。
Cavalié 團隊的成果更像在漫長的爭議清單上畫了一個有力的記號，而非直接劃掉了整個清單。過去幾十年的模型與觀測不斷搖擺，如今的數據把天平往冰的方向狠狠壓了一下，但要真正敲定天王星的內部藍圖，還需要更全面的成分探測和更精細的動力學模擬。無論最終分類標簽如何修改，這次在太陽系第七行星上首次捕獲的低層大氣一氧化碳信號，已經為行星形成理論增加了重量級的新約束。
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