解释天王星低光度：自洽的热与结构演化

天王星的低光度是行星科学中一个长期存在的难题。简单的绝热模型与测得的光度不一致，这表明天王星是非绝热的，因为它具有热边界层和/或传导区域。逐渐变化的成分分布充当热边界以抑制对流并减缓内部冷却。在此，我们研究天王星深内部的成分梯度能否解释其低光度、所需的成分梯度，以及它在数十亿年的时间尺度上对于对流混合是否稳定。我们改变了行星的初始成分分布和初始能量储备，并选择了符合当前测得的天王星性质（半径、光度和转动惯量）的模型。我们提出了几种符合天王星测量的非绝热内部结构替代方案。我们发现对流混合局限于天王星内部，且成分梯度稳定且足以解释其当前光度。因此，尽管光度很低，天王星内部可能仍然非常热。稳定的成分梯度还表明天王星当前的内部结构与其原始结构相似。此外，我们提出天王星的初始能量含量不能超过其形成（吸积）能量的20%。我们还发现，由冰和岩石混合而非分离的冰壳与岩石壳组成的内部与测量结果一致，表明天王星可能并未“分异”。我们的模型可以解释天王星的光度，并且与其富金属大气以及其磁场产生位置的预测相一致。