由美国加州理工学院科学家领衔的一个国际科研团队通过间接探测天王星和海王星深层大气发现，两者化学成分存在显著差异：海王星似乎比天王星含有更多氧元素。这表明，这两颗常被视作“双胞胎”的冰巨星，可能在抵达当前轨道之前，形成于原始太阳系的不同区域。相关论文发表于最新一期《天文学与天体物理学》。
天王星和海王星是太阳系中探索最少的行星。迄今为止，只有“旅行者2号”探测器分别在1986年和1989年飞掠过它们。然而，弄清它们的起源是行星科学的重要课题，因为在迄今发现的约6000颗系外行星中，大小与它们相近的行星占一半以上。
为破解这两颗行星的“身世”之谜，科学家需要确定其深层大气的组成。由于厚厚云层遮挡，深层大气无法直接观测，因此必须寻找能够间接反映其成分的“示踪物”。一氧化碳正是这样一种示踪物：它产生或存在于大气深层，并能穿过云层被输送到可观测高度。因此，其浓度可以为科学家们的观测提供一扇窗口。
在最新研究中，团队将描述行星大气化学与物质输运的数值模型，与最新的一氧化碳观测数据相结合，其中关键数据来自位于智利的阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列(ALMA)。借助这一方法，团队得以计算天王星和海王星深层大气中的碳氧丰度比。这一比例如同行星形成材料的化学“指纹”，可反映它们诞生时的环境。
研究显示，海王星似乎比天王星富含更多氧元素。结合碳丰度来看，这会导致海王星的碳氧丰度比低于天王星，尽管两者的可能取值范围存在部分重叠。在早期太阳系的尘埃盘中，如果两颗行星诞生于相同区域、由相同物质成分形成，这种差异便难以解释。
将上述结果与描述原始太阳系化学演化的模型对比后，团队认为，天王星和海王星可能拥有不同的形成历史。天王星或许形成于离太阳相对较远、接近其当前轨道的位置;而海王星可能最初出现在离太阳更近、固体物质更富氧的区域，随后才迁移至现在的轨道。不过，这两颗行星在原始太阳系内的共同形成与迁移过程仍有待进一步澄清。
目前的新结果尚不足以重建两颗行星的演化历史。尤其是深层大气中的垂直环流，仍是主要不确定性来源。不过，“天王星轨道器与探测器”任务预计于2031年或2032年发射，有望进一步揭开这些遥远世界的起源之谜。
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