混合模拟研究表明，天王星和海王星可能富含冰或岩石，颠覆了长期以来的假设。太阳系的行星通常按其组成分类：四颗岩石质类地行星（水星、金星、地球和火星）、两颗巨大的气态巨行星（木星和土星），以及一对冰巨星（天王星和海王星）。
然而，苏黎世大学一个科研团队的新研究表明，天王星和海王星可能含有比先前假设多得多的岩石。这项研究并非主张这些行星必定富含水或岩石，而是对“现有数据唯一支持的结论是它们内部富含冰”这一长期观点提出了质疑。这种更宽泛的解释也与矮行星冥王星以岩石为主这一发现相符。
为了更好地了解天王星和海王星的内部情况，研究人员开发了一种专门的模拟技术。该研究的第一作者、苏黎世大学博士生卢卡·莫夫（Luca Morf）表示：“冰巨星的分类过于简化，因为我们对天王星和海王星仍然知之甚少。基于物理学的模型假设过多，而经验模型又过于简单。我们结合了两种方法，从而获得了既‘不可知’（无偏见）又物理上自洽的内部模型。”
该过程始于为每颗行星内部随机生成的密度剖面。然后，团队确定与观测测量相匹配的引力场，并利用该信息推断可能的组成成分。这一循环不断重复，直到模型最符合所有可用数据。
拓展内部结构的可能性范围
采用这种无偏见且基于物理学的方法，研究人员发现，太阳系中所谓冰巨星的内部构成并不局限于冰（通常被理解为水）。该项目的发起人、苏黎世大学教授拉维特·赫莱德（Ravit Helled）说：“这是我们在近15年前首次提出的观点，现在我们有了数值框架来证明它。”他们的结果表明，这两颗行星中的任何一颗都可能以富水层为主，或者具有岩石多得多的结构。
这些发现也为天王星和海王星不寻常的磁场提供了新的见解。地球的磁场有两个明确的磁极，但这些遥远行星的磁场更不规则，包含多个磁极。赫莱德解释说：“我们的模型包含所谓的‘离子水’层，这些层在能够解释观测到的非偶极磁场的位置产生磁发电机。我们还发现，天王星的磁场起源比海王星的更深。”
为何未来探测任务至关重要
尽管这项研究提供了有前景的新解释，但不确定性依然存在。莫夫解释道：“主要问题之一是，物理学家仍然几乎不了解物质在行星核心那种奇异的压力和温度条件下的行为，这可能会影响我们的结果。”他打算扩展这项建模工作。
即使存在未知因素，这些结果开启了新的内部结构可能性，挑战了长期假设，并突显了行星条件下材料科学的重要空白。赫莱德总结道：“根据模型假设的不同，天王星和海王星都可能是岩石巨行星或冰巨行星。目前的数据不足以区分这两种情况，因此我们需要专门针对天王星和海王星的探测任务来揭示它们的真实本质。”
