Уран и Нептун могут быть не «ледяными гигантами», а «каменными» 

Фото из открытых источников

Хотя технически Уран и Нептун являются газовыми гигантами, их называют «ледяными гигантами» из-за их состава. Это связано с тем, что Уран и Нептун содержат больше метана, воды и других летучих веществ, чем их более крупные аналоги (Юпитер и Сатурн). В условиях высокого давления во внутренних областях планет эти элементы затвердевают, по сути, превращаясь в «лёд». Однако новые исследования Цюрихского университета (UZH) и Национального центра компетенции в области исследований (NCCR) PlanetS ставят под сомнение наше понимание внутренних областей этих планет.

Согласно результатам исследования, опубликованным в журнале Astronomy & Astrophysics, ядра Урана и Нептуна могут быть более каменистыми и менее «ледяными», чем считалось ранее. Кроме того, их исследование предполагает, что в их недрах может происходить конвекция, при которой вещество циркулирует (как на Земле в результате тектонической активности), а не остается стабильным. Эти возможности, как указывают исследователи, могут объяснить некоторые из наиболее загадочных характеристик «ледяных гигантов».

Исторически сложилось так, что ученые делили планеты Солнечной системы на три отдельные категории в зависимости от их состава, который соответствует их расстоянию от Солнца. К ним относятся земные (каменистые) планеты внутренней части Солнечной системы — Меркурий, Венера, Земля и Марс, а также планеты за так называемой «линией замерзания» (где замерзают летучие вещества, такие как вода). Сюда входят газовые гиганты (Юпитер и Сатурн) и ледяные гиганты (Уран и Нептун). Новое исследование, проведенное Лукой Морфом и профессором Равит Хеллед из Цюрихского университета и Национального центра исследований планет (NCCR PlanetS), ставит под сомнение эту концепцию.

Из всех планет Солнечной системы Уран и Нептун изучены наименее подробно. Это связано с тем, что только одна миссия, зонд «Voyager 2», исследовала их вблизи (в 1986 и 1989 годах соответственно). Морф и Хеллед разработали уникальный процесс моделирования внутренних структур Урана и Нептуна, учитывающий состав, выходящий за рамки модели с высоким содержанием воды. Он заключался в построении случайных профилей плотности с последующим расчетом результирующего гравитационного поля планеты. Затем они повторили процесс, чтобы получить результаты, согласующиеся с наблюдательными данными Урана и Нептуна. 

«Классификация ледяных гигантов чрезмерно упрощена, поскольку Уран и Нептун до сих пор плохо изучены. Модели, основанные на физике, были слишком перегружены предположениями, в то время как эмпирические модели слишком упрощены. Мы объединили оба подхода, чтобы получить модели внутреннего строения, которые являются одновременно «агностическими» или непредвзятыми и при этом физически непротиворечивыми», - говорит Морф.

Результаты показали, что их внутренний состав не ограничивается льдом (преимущественно водой) и может состоять преимущественно из горных пород. Эти результаты согласуются с данными, полученными с помощью космического телескопа «Хаббл» и миссии «Новые горизонты», которые указывают на то, что Плутон примерно на 70% состоит из горных пород и металлов и на 30% из воды по массе. Исследование также предлагает возможные объяснения того, почему Уран и Нептун обладают такими загадочными магнитными полями, характеризующимися наличием более двух полюсов.

«Мы впервые выдвинули эту гипотезу почти 15 лет назад, и теперь у нас есть численная модель, позволяющая её продемонстрировать. В наших моделях присутствуют так называемые «ионные водные» слои, которые генерируют магнитные динамо-эффекты в местах, объясняющих наблюдаемые недипольные магнитные поля. Мы также обнаружили, что магнитное поле Урана имеет более глубокий источник, чем у Нептуна. И Уран, и Нептун могут быть каменистыми или ледяными гигантами, в зависимости от допущений модели. Имеющихся данных пока недостаточно для того, чтобы различить их, поэтому нам необходимы специальные миссии к Урану и Нептуну, которые смогут раскрыть их истинную природу», - сказал Хеллед.

Естественно, в этой модели есть неопределенности, что подчеркивает необходимость дальнейших исследований «ледяных гигантов» в рамках будущих миссий. Между тем, новые результаты представляют новые сценарии и ставят под сомнение многолетние предположения относительно внутреннего состава гигантских планет. Они также могут послужить ориентиром для будущих исследований в области материаловедения, посвященных условиям на планетах и поведению материи в экстремальных условиях.