Не лёд, а камень: новая модель переворачивает представления об Уране и Нептуне
Долгое время Уран и Нептун считались образцовыми "ледяными гигантами", чьи недра состоят в основном из замёрзшей воды и летучих веществ. Однако новые научные данные заставляют иначе взглянуть на внутреннее устройство этих далёких планет. Исследование показывает, что их ядра могут быть куда более каменистыми, чем предполагалось ранее. Об этом сообщает издание "Планета Сегодня".
Почему "ледяные гиганты" могли оказаться не ледяными
Уран и Нептун формально относятся к газовым гигантам, но традиционно выделяются в отдельную категорию из-за высокого содержания воды, метана и аммиака. Считалось, что под колоссальным давлением внутри планет эти вещества переходят в твёрдое состояние, формируя так называемый "лёд". Именно это представление легло в основу их привычной классификации, несмотря на то что наблюдения уже давно указывали на аномалии, включая временный характер радиационных поясов Урана.
Новое исследование Цюрихского университета и Национального центра компетенции в области планетарных исследований NCCR PlanetS ставит эту схему под сомнение. Согласно работе, опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysics, внутренние области Урана и Нептуна могут быть менее "ледяными" и гораздо более насыщенными горными породами.
Новая модель вместо старых допущений
Авторы исследования — Лука Морф и профессор Равит Хеллед - обратили внимание на то, что существующие модели внутреннего строения планет либо слишком зависят от исходных предположений, либо чрезмерно упрощают реальность. Чтобы уйти от этого, они разработали иной подход.
Учёные создали серию случайных профилей плотности, на основе которых рассчитывали гравитационные поля планет. Затем моделирование многократно повторяли, добиваясь совпадения с реальными наблюдательными данными Урана и Нептуна. Такой метод позволил рассматривать более широкий спектр возможных составов, а не ограничиваться сценариями с преобладанием воды.
"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 и физически непротиворечивыми", — говорит Лука Морф.
Каменистые недра и загадочные магнитные поля
Результаты моделирования показали, что внутренний состав планет может включать значительную долю горных пород, а не только льда. Более того, исследование допускает наличие конвекции в недрах — процесса, при котором вещество активно циркулирует, а не остаётся в стабильных слоях. Это роднит Уран и Нептун с Землёй, где подобные процессы лежат в основе тектоники.
Такая структура может объяснить одну из главных загадок этих планет — их необычные магнитные поля. В отличие от Земли, Юпитера и Сатурна, магнитные поля Урана и Нептуна не являются простыми диполями и имеют несколько полюсов, что делает их важными ориентирами при сравнении с наблюдениями атмосфер у каменистых экзопланет с плотными оболочками.
"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 и объясняют наблюдаемые недипольные магнитные поля", — сказал Равит Хеллед.
Почему нужны новые миссии
Учёные подчёркивают, что имеющихся данных всё ещё недостаточно для окончательных выводов. Единственным аппаратом, исследовавшим Уран и Нептун вблизи, остаётся "Voyager 2", пролетевший мимо них в конце 1980-х годов. С тех пор планеты изучаются лишь дистанционно.
По словам исследователей, в зависимости от допущений модели Уран и Нептун могут оказаться как каменистыми, так и ледяными гигантами. Чтобы понять их истинную природу, необходимы специализированные космические миссии, способные заглянуть вглубь этих миров и измерить их параметры с высокой точностью.
Новые выводы не только меняют представления о двух планетах Солнечной системы, но и задают ориентиры для изучения экзопланет и поведения материи в экстремальных условиях, выходящих далеко за пределы земного опыта.
