Ученые усомнились в «ледяной» природе Урана и Нептуна
Исследование Цюрихского университета (UZH) и Национального центра компетенции PlanetS, опубликованное в журнале Astronomy & Astrophysics, предлагает пересмотреть традиционное представление о внутренних структурах Урана и Нептуна. До сих пор их считали «ледяными гигантами» из-за высокого содержания метана, воды и других летучих соединений.
Каменные или ледяные?
Уран и Нептун отличаются от гигантов Юпитера и Сатурна тем, что содержат больше летучих веществ, которые под высоким давлением превращаются в твердую фазу, или «лед». Но Морф и Хеллед обнаружили, что внутренняя структура этих планет может состоять преимущественно из горных пород.
«Классификация ледяных гигантов слишком упрощена. Мы совместили физические и эмпирические модели, чтобы получить внутреннее строение, которое одновременно непредвзято и физически непротиворечиво», — поясняет Морф.
Для этого ученые создали случайные профили плотности и рассчитали соответствующее гравитационное поле планеты. Процесс повторялся многократно, пока результаты не совпали с наблюдениями Урана и Нептуна. Такой подход позволил планетологам выйти за рамки прежних моделей, которые полагались либо на упрощенные предположения, либо на ограниченные эмпирические данные.
Конвекция внутри планет
Результаты исследования также указывают на возможную конвекцию в недрах Урана и Нептуна — движение вещества внутри планеты, аналогичное тектонической активности на Земле. Такая циркуляция может объяснить необычные магнитные поля, которые у этих планет многополюсные и сильно отличаются от привычного двухполюсного строения Земли или Юпитера.
«Мы впервые выдвинули эту гипотезу почти 15 лет назад. Теперь наши модели демонстрируют, как ионные водные слои создают магнитные динамо-эффекты, что объясняет наблюдаемые недипольные поля. Магнитное поле Урана имеет более глубокий источник, чем у Нептуна», — пояснил Хеллед.
Изучение Урана и Нептуна ограничено одной миссией — зондом Voyager 2, который пролетел мимо этих планет в 1986 и 1989 годах. С тех пор детальные данные о внутренних структурах этих ледяных гигантов отсутствовали. Новая модель ученых учитывает не только воду и летучие вещества, но и каменистый материал, выходящий за рамки традиционных моделей.
Сравнение с другими объектами Солнечной системы показывает, что Плутон, например, состоит примерно на 70% из горных пород и металлов и на 30% из воды по массе. Подобные данные поддерживают возможность того, что Уран и Нептун могут иметь более плотное, каменистое ядро, чем считалось ранее.
Будущие миссии необходимы
Астрономы и планетологи подчеркивают, что для точного понимания внутреннего строения этих планет необходимы новые космические миссии.
«И Уран, и Нептун могут быть как каменистыми, так и ледяными гигантами в зависимости от выбранных допущений. Данных пока недостаточно, чтобы сделать окончательный вывод», — добавил Хеллед.
Помимо внутреннего состава, новые модели дают ключ к разгадке необычных магнитных полей и особенностей атмосферной динамики планет. Также результаты исследования могут стать ориентиром для материаловедческих экспериментов, изучающих поведение веществ под экстремальными давлениями и температурами, аналогичными тем, что встречаются внутри ледяных гигантов.
По словам исследователей, стоит пересмотреть прежние классификации планет Солнечной системы. Деление на земные, газовые и ледяные гиганты может быть слишком упрощенным.
«Мы создали модели, которые объединяют физические законы и наблюдательные данные. Это позволяет получить более реалистичное представление о том, что происходит под поверхностью этих загадочных миров», — заключил Морф.
