Подо льдом Урана и Нептуна могут скрываться океаны магмы
Планетологи предлагают пересмотреть одно из базовых представлений о Солнечной системе. Уран и Нептун десятилетиями называли «ледяными гигантами» — но новое исследование, опубликованное в виде препринта и рассматриваемое журналом Astrophysical Journal, предполагает, что внутри этих планет вместо льда могут скрываться огромные океаны расплавленной магмы.
Откуда взялось слово «ледяные»
Уран и Нептун получили это название не потому, что кто-то заглянул внутрь. Просто они находятся за так называемой ледяной линией Солнечной системы — границей, за которой вода, аммиак и другие летучие вещества существуют в твердом состоянии. Логика была простой: раз планеты формировались в зоне льда, значит, льдом и наполнены.
Но прямых измерений никто не делал. Единственные данные с близкого расстояния получил «Вояджер-2» — сорок лет назад, и этих данных явно недостаточно для уверенных выводов.
«Все доказательства того, что Уран и Нептун должны быть ледяными, носят косвенный характер, все они основаны на случайных данных», — говорит планетарный астрофизик Джонатан Фортни, соавтор исследования
Магма под давлением
Новую версию предложил планетолог Эдвард Янг. Изучая экзопланеты — миры за пределами Солнечной системы — он моделировал так называемые субнептуны и обнаружил, что при высоких давлениях горные породы, газы и другие вещества начинают смешиваться, снижая температуру плавления породы. В результате возникают не ледяные недра, а жидкие магматические океаны.
Когда Янг применил ту же логику к Урану и Нептуну, модели дали тот же результат — и при этом совпали с реальными наблюдаемыми характеристиками планет: их гравитацией и плотностью.
Важно понимать, что эта магма не имеет ничего общего с тем, что вырывается из земных вулканов. Внутри Урана и Нептуна это была бы жидкость под колоссальным давлением, насыщенная водородом и гелием. Оставаться горячей такая смесь могла миллиарды лет — изолированная плотными атмосферами планет, как термос, который не остывает.
«Это переосмысление астрофизики и условий формирования планет», — говорит Янг.
Другие версии тоже без льда
Идея Янга — не единственная альтернатива традиционной картине. Роберто Техада Аревало из Принстонского университета смоделировал внутреннее строение обеих планет, чтобы объяснить давний парадокс: Нептун излучает значительно больше внутреннего тепла, чем Уран, хотя они очень похожи по размеру и составу. Его модели также указывают на магматическую среду — смесь воды, аммиака, метана и гелия при экстремальных давлениях.
Ури Маламуд из Израильского технологического института предлагает третий вариант. По его расчетам, внутри планет может быть много жидкого метана — а не воды и не магмы. Это тоже не лед в привычном понимании, просто другой тип внутренней среды.
«С этими планетами связано так много загадок», — признает Аревало.
Что не так с названием
Если ни льда, ни привычной магмы — что тогда? Сами ученые признают, что термин «ледяные гиганты» устарел, но договориться о замене пока не могут.
Янг предлагает «смешивающиеся гиганты» — из-за того, как вещества перемешиваются внутри. Другие варианты в обсуждении: «субгиганты», «малые гиганты», «внешние гиганты», «металлические гиганты» — последнее отсылает к астрономическому понятию «металлы», которым обозначают все элементы тяжелее водорода и гелия.
«Нас было десять человек в комнате целую неделю, — вспоминает Фортни об одном из таких обсуждений. — Мы так и не смогли договориться ни об одном лучшем названии».
Единственный способ узнать правду
Все существующие модели — это умные догадки, основанные на косвенных данных. Разрешить спор может только космический аппарат, который отправится к Урану или Нептуну и измерит их гравитационные и магнитные поля вблизи.
В 2023 году американские Национальные академии поставили миссию орбитального аппарата к Урану на первое место в списке приоритетов планетологии на ближайшее десятилетие.
«Нам действительно нужна флагманская миссия, чтобы собрать все эти кусочки головоломки воедино», — говорит Равит Хеллед из Цюрихского университета.
До тех пор Уран и Нептун остаются самыми загадочными планетами Солнечной системы — мирами, о которых мы знаем меньше, чем о любой другой планете, которую когда-либо посещали.