Уран и Нептун могли пройти разные пути к превращению в ледяных гигантов

Фото из открытых источников

Уран и Нептун часто описываются как почти идентичные планеты, но новое исследование предполагает, что их химический состав, а возможно, и история, могут отличаться больше, чем ожидалось. Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

«Сегодня Уран и Нептун могут напоминать близнецов, но их химический состав говорит о том, что они скорее похожи на двоюродных братьев с совершенно разной историей», — сказал Оливье Мусис из Юго-западного научно-исследовательского института. «Состав их атмосфер может быть связан с различными областями протопланетного диска, где образовались планеты, что делает их сходство примечательным совпадением».

Обе планеты были посещены лишь однажды, космическим аппаратом NASA Voyager 2 в 1980-х годах, и их глубинный состав в значительной степени неизвестен.

Поэтому авторы исследования использовали обнаруженный в верхней тропосфере монооксид углерода в качестве косвенного индикатора.

Считается, что этот газ образуется глубоко внутри планет, где он химически связан с водой, а затем поднимается вверх за счет вертикального перемешивания.

Смоделировав этот процесс, исследователи могут, двигаясь в обратном направлении, оценить, сколько кислорода находится под землей.

«Мы не можем напрямую получить доступ к глубоким атмосферам Урана и Нептуна, но химические индикаторы позволяют нам исследовать условия, скрытые под их видимыми облаками», — сказал Мусис. «Изучение оксида углерода особенно полезно из-за его высокой концентрации в верхней тропосфере. Используя эти данные, мы можем смоделировать химическую эволюцию протопланетного диска и происхождение его материалов».

Для Урана в модели использовались свежие данные измерений концентрации угарного газа, полученные с помощью прибора ALMA, которые, по оценке команды, составляют около 5,6 частей на миллиард. На Нептуне этот уровень примерно на два порядка выше.

Когда было учтено изменение вертикального перемешивания в зависимости от широты, ученые подсчитали, что на Уране соотношение кислорода и водорода в 62–177 раз выше, чем на Солнце, а на Нептуне — в 222–342 раза.

Они также оценили соотношение углерода и кислорода примерно в 0,06–0,52 для Урана и 0,02–0,12 для Нептуна. Затем они сравнили эти соотношения с моделью протопланетного диска Солнца.

Верхний предел значений Урана близок к значению Солнца, в то время как у Нептуна он явно ниже. Результаты позволяют предположить, что строительные блоки Нептуна могли образоваться вблизи линии водяного льда, ближе к Солнцу.

Более низкие значения параметров Урана могут соответствовать материалу, образовавшемуся внутри метановой ледяной линии.

«Химический состав Нептуна трудно согласовать с идеей о том, что он сформировался в том виде, в котором мы видим его сегодня, используя тот же запас космических материалов, что и Уран», — сказал Мусис. «Вместо этого, согласно нашим моделям, строительные блоки преодолели большое расстояние до того места, где Нептун смог их аккрецировать. Вкратце, два внешне похожих мира, возможно, достигли своего нынешнего местоположения и формы двумя совершенно разными эволюционными путями».

Из-за отсутствия доступа к атмосфере Урана и Нептуна для непосредственных исследований, полное понимание их состава, внутреннего строения и образования принципиально ограничено.

«Наши выводы имеют значение не только для Нептуна и Урана, но и далеко за пределами нашей Солнечной системы», - резюмировали ученые. «Планеты, сопоставимые по размеру с Ураном и Нептуном, часто встречаются вокруг других звезд, поэтому Уран и Нептун являются важными ориентирами для понимания того, как формируются и развиваются планеты во всей галактике, и именно поэтому такие миссии, как запланированные НАСА орбитальный аппарат и зонд «Уран», запуск которых ожидается в течение следующего десятилетия, так важны».