Вчені проаналізували ізотопний склад аргону в атмосфері Нептуна та Урана. Він міг би свідчити про те, що всередині них значно більше камёяних порід, ніж криги. Однак вчені дійшли висновку, що це скоріше свідчить про умови, в яких вони утворилися.
Два джерела атмосферного аргону
Як повідомляє сайт phys.org вимірювання ізотопу аргону можуть допомогти вченим зрозуміти, чи внутрішні частини Урану та Нептуна, так званих крижаних гігантів нашої Сонячної системи, більше складаються з льоду чи породи. Нове дослідження, проведене Інститутом Південно-Західних Досліджень (SwRI) та опубліковане в The Planetary Science Journal, вимірювало атмосферний аргон-40 цих планет, щоб оцінити кількість породи під їх поверхнею та шукати підказки про походження планет, включаючи де і як вони утворилися.
Незважаючи на десятиліття досліджень, у астрономів досі дивно мало інформації про те, що ховається під атмосферами Урану та Нептуна та про їхню фізичну структуру. Науковці замислюються, чи можуть ці планети містити набагато більше породи, ніж передбачає їхня класифікація як крижаних гігантів, і чи може аргон-40 допомогти нам розрізнити ці можливості, або ж існують кращі способи використання цього унікального хімічного маркера в майбутніх дослідженнях.
Аргон-40, який зустрічається в атмосферах Урана та Нептуна, може мати два можливих походження. Частину атмосферного аргону-40 могли успадкувати ще від протосонячної туманності — хмари пилу і газу, яка сформувала Сонячну систему приблизно 4,6 мільярда років тому. Додатковий аргон-40 можна пояснити мільярдами років радіоактивного розпаду калію-40, який міститься в кам’янистих матеріалах глибоко всередині планет.
Розрізняючи співвідношення арґону-40, які планети успадкували під час формування, і арґону-40, що утворився в їхніх надрах і потрапив в атмосферу, команда вчених вважала, що вони потенційно можуть оцінити, скільки породи містить кожна планета.
Первісний аргон в атмосфері заглушає внутрішні сигнали
Головною проблемою, з якою зіштовхнулася команда, було визначити, як саме відрізнити два можливі джерела ізотопу. Щоб вирішити цю проблему, доктор Олів’є Мусіс та його команда поєднали розрахунки виробництва аргону-40 з чисельною моделлю протосонячної туманності. Модель відстежувала конденсацію, захоплення та перенесення «первісного» аргону всередині крижинок у міру еволюції туманності. Ці частинки потім накопичувалися, сприяючи формуванню Урана та Нептуна.
«На основі наших досліджень, первісний елемент аргон, що потрапив на Уран і Нептун, та його ізотопи повністю перевищують будь-який внесок, який утворюється через радіоактивний розпад всередині планет», — сказав Мусіс, додавши, що внесок аргону-40 із протосонячної туманності значно більший, ніж вважалося раніше. «Беручи це до уваги, ми дійшли висновку, що вимірювання аргону-40 в атмосфері, ймовірно, більше розповідають про умови формування планет та їхню історію, ніж про їхнє кам’янисте чи крижане внутрішнє ядро».
Симуляції команди показали, що матеріали для планет, особливо багатих на аргон, могли утворитися поблизу лінії замерзання аргону, межі на краю протосонячної туманності, де низькі температури конденсують газоподібний аргон у тверду крижану форму. Накопичення частинок, що містять аргон, біля лінії замерзання могло впливати на хімічний склад матеріалів, з яких утворилися Уран і Нептун.
«Розуміння складу матеріалу, з якого утворилися Уран і Нептун, є надзвичайно важливим для відтворення історії їхнього формування», — сказав доктор Робін Кенап, віце-президент Відділу науки та дослідження Сонячної системи SwRI та співавтор дослідження. «Наші результати показують, як змінні умови на ранніх стадіях Сонячної системи могли залишити хімічні сигнали, що зберігаються в атмосферах планет мільярди років потому».
Перевірка теорії формування за допомогою майбутніх атмосферних зондів
Висновки можуть допомогти у майбутньому вивченні атмосфер Урана та Нептуна. За словами дослідників, майбутні місії із зондами, такі як запропонована концепція місії NASA «Орбітальний апарат і зонд Урана» (Uranus Orbiter and Probe), можуть безпосередньо відбирати зразки благородних газів та ізотопних співвідношень, які неможливо надійно визначити за допомогою дистанційних спостережень. Вимірювання азоту, вуглецю та інших атмосферних компонентів може допомогти перевірити правдивість теорій про те, як утворилися крижані гіганти.
«Вимірювання аргону-40 можуть допомогти нам відповісти на два фундаментальні питання, які довгий час залишалися незрозумілими для вчених», — сказав Мусіс. «З чого складаються Уран і Нептун та де утворилися їх будівельні блоки, перш ніж вони були включені до складу планет? Майбутні атмосферні зонди, оснащені достатньо чутливими мас-спектрометрами, можуть наблизити нас до відповіді на обидва питання.»
Це останнє дослідження є частиною постійного вивчення Урану та Нептуна. У жовтні 2026 року ще одне дослідження за участю SwRI припустило, що їх хімічне походження може відрізнятися, незважаючи на подібні характеристики, такі як розмір, маса й умов атмосфери, та подібні часові рамки їх утворення.
