天王星和海王星看起来像是一对匹配的双胞胎，但它们的化学成分表明，它们是由不同地方的不同物质构成的。
一项发表于《天文学与天体物理学》的研究利用大气化学与传输模型以及一氧化碳观测数据，估算了两颗行星深处的碳氧比，其中许多观测数据来自智利的ALMA阵列。该比值可作为行星形成物质的化学指纹。
间接测量的隐藏比值
没有人能够对这两颗行星的深层大气进行采样。层层云层阻挡了直接观测，而只有“旅行者2号”曾在1986年和1989年飞掠它们。
一氧化碳提供了一条途径。它形成或存在于深层，并被携带穿过云层上升到望远镜可见的高度，因此其浓度携带了关于远低于此区域的信息。
研究团队发现，海王星的氧含量似乎明显高于天王星。结合碳的估算，这使得海王星的碳氧比更低。可能值的范围仍有重叠，但如果两颗行星都从年轻太阳周围圆盘同一区域的同一混合物中生长而来，这种差异很难解释。
表亲，而非双胞胎
将结果与早期太阳系化学演化模型进行比较后，作者提出两者有着不同的历史。天王星可能形成于相对较远的地方，接近其当前轨道。海王星可能始于更靠近太阳的区域，那里的固体含有更多氧，随后向外迁移。
“天王星和海王星今天可能看起来像双胞胎，但它们的化学成分告诉我们，它们更像是有着截然不同历史的表亲，”共同作者、西南研究院的奥利维耶·穆西斯说。
这一结果的意义不止于两颗行星。这种大小的世界占迄今发现的约6000颗系外行星的一半以上，因此冰巨行星如何组装，影响着人们对已知行星很大一部分的思考。
未解问题
作者表示，这一图景尚未确定。深层大气中的垂直混合仍是很大的不确定性来源，需要更好的测量。诸如“天王星轨道器与探测器”这样的专门任务将有助于解决这一问题，美国国家科学院在2023年将其列为行星科学的首要优先事项。