北京
你可能也好奇过：地球有南北极，指南针指哪儿就是哪儿，那其他行星是不是也这样？大部分是，但天王星和海王星偏偏不按这个规矩来。它们的磁场歪得离谱，而且不居中，这个怪现象把科学家难住了整整40年。
先说清楚"歪"到什么程度。人类至今只有一艘探测器近距离看过这两颗冰巨星——旅行者2号，它1986年1月飞过天王星，1989年8月飞过海王星。它测出来的结果，说直白点就是：不对劲。
- 天王星的磁场偏离自转轴59度，而且根本不位于行星核心，只到核心往下三分之二的位置。
- 海王星类似，磁场紊乱，偏离47度，中心位于核心和可见云顶之间的一半处。
- 对比一下地球：磁场稳定，相对自转轴只倾斜11度
差距摆在这儿，难怪科学家挠头。这些年各种解释都提过。天王星整颗星本身就倾斜了97度，几乎是躺着绕太阳滚，于是有人猜：几十亿年前它被一颗早已消失的地球大小行星撞翻过，会不会那次撞击也把磁场撞歪了？
这个说法听着挺合理，但有个硬伤——海王星的磁场同样歪，可它并没有经历过那样的碰撞。所以不管原因是什么，它必须是这两颗冰巨星本身性质里带出来的东西。
现在，一项由美国和英国科学家完成的新研究，基于计算机模拟加上旅行者2号的磁场测量数据，可能找到了答案。关键在"发电机效应"——行星内部导电液体的对流翻滚运动，能产生并维持强大磁场。地球靠的是外核熔融铁，产生的磁场有清晰的南北极，也就是偶极，跟一根条形磁铁的两个磁极是一个道理。
但冰巨星内部的条件不一样。它们含有大量挥发物——氨、氢、氦、甲烷和水，围绕着一个可能存在的岩石核心。而且它们比地球大得多，质量分别是地球的14.5倍和17倍，巨大的质量在内部压出了极端环境。
研究团队负责人、得克萨斯大学奥斯汀分校的Chi Yan在声明中说："在天王星和海王星深处，压力和温度变得极高。在那种条件下，水分子可能被拆解成离子，物质可能随深度增加而变得越来越导电。"
正是这种随深度上升的导电性，加上两颗行星的成分，让计算机模拟复现出了它们古怪的磁场。模拟还显示，磁场的结构和行星内部由对流与温度驱动的流体运动，是一起演化的。
而且这场演化似乎还没结束。模拟表明，两颗行星的磁场在短短几十年里就可能发生相当大的变化。Yan说："地球的磁倾角在50年里只漂移大约一度。我们的模型显示，冰巨星的表现可以非常不同。有些时段，倾角在几十年内摆动几十度；另一些时段，同样的时间跨度里只轻微变化。"
那接下来怎么验证？NASA已经把重返天王星的新任务列为优先事项，计划在2040年代初出发；中国国家航天局的天问四号任务将于2029年发射前往木星，之后会释放一个小探测器，借引力弹弓继续飞向天王星。在那之前，科学家在想别的办法，不必只依赖40年前旅行者2号那批测量数据。
比如论文合著者、英国诺森比亚大学的Tom Stallard，一直在牵头用詹姆斯·韦布空间望远镜观测天王星和海王星上微弱的红外极光。极光是太阳风中的带电粒子与行星磁场相互作用、被导入磁极上方大气时产生的（海王星其实还有一个四极成分，让它的南北磁极更说不清）。所以极光出现在哪儿，就是行星磁场状况的一个好指标。
Stallard说："我们正忙着研究这些观测里包含的内容，但极光的形状和结构，以及电离层里的其他奇怪图案，有望给我们提供一种理解磁场如何变化的方法，这是一块重要的垫脚石。"
思路是把韦布的极光观测、旅行者2号的磁场测量和计算机模拟结果合到一起，估算出天王星和海王星今天的磁场构型，再和1980年代比一比。这能提供一个实验检验，看新模型是不是走在正确的路上——当然，要真正确认，还得等新探测器抵达这两颗冰巨星的"后院"。
这项发现于11月3日发表在《通讯·物理》期刊上。
特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
