Тривалий час науковці вживали щодо Урана та Нептуна термін «крижані гіганти», вважаючи, що їхні глибини складаються із замерзлих речовин. Однак відповідно до нових моделей всередині них може міститися розплавлена магма.
Сумніви у крижаній природі Урана та Нептуна
Попри десятиліття досліджень, моделювань і гіпотез, суперечки навколо давнього прізвиська «крижаний гігант» для Урана та Нептуна знову загострюються. Причиною стало дослідження, опубліковане на сервері препринтів arXiv і подане до The Astrophysical Journal, автори якого припускають, що внутрішня будова цих планет може суттєво відрізнятися від усталених уявлень. Якщо їхні висновки підтвердяться, давня наукова дискусія може отримати несподіване продовження.
Уран і Нептун залишаються двома з найзагадковіших об’єктів Сонячної системи, головним чином тому, що їх відвідував лише космічний апарат NASA Voyager 2 у 1986 та 1989 роках відповідно. Назва «крижані гіганти» походить від давніх гіпотез про те, що їхні внутрішні частини складаються з крижаної мантії під атмосферними оболонками з водню та гелію. Хоча Юпітер і Сатурн також переважно складаються з водню та гелію, вважається, що Уран і Нептун мають багатошарову структуру, що містить крижані елементи у їхніх надрах.
Для дослідження науковці використали серію комп’ютерних моделей, щоб змоделювати та визначити внутрішній склад і процеси на Урані та Нептуні. Головною метою роботи було перевірити давні моделі та гіпотези щодо того, чи справді ці планети можна вважати крижаними гігантами.
Хоча давні моделі показували, що обидва світи мають атмосферу з водню та гелію, яка покриває величезну мантію з «криги», що складається з води, аміаку та метану, а всередині — кам’яне ядро, дослідження магнітних полів і розподілу тепла на обох планетах заводять науковців у глухий кут.
Нові дані про внутрішню будову крижаних гігантів
Дослідники зазначають, що результати цієї роботи можуть не лише пролити світло на внутрішню будову Урана й Нептуна, а й слугувати моделлю для вивчення субнептунівських екзопланет. Це найпоширеніший тип екзопланет у нашій Галактиці: їхні радіуси становлять від 1 до 4,5 земних. Оскільки в Сонячній системі немає планети такого типу, їхнє формування та еволюція досі залишаються маловивченими.
Нове дослідження припускає, що надра Урана й Нептуна можуть бути не багатими на “гарячі льоди”, як вважалося раніше, а складатися переважно з глибокого океану магми. Це лише одна з можливих моделей внутрішньої будови планет, але вона добре узгоджується з наявними спостереженнями.
Запропонована дослідниками модель передбачає три основні шари. Зовнішній — атмосфера з водню та гелію, яка переносить тепло до верхніх шарів атмосфери, звідки воно випромінюється в космос. Під нею розташований проміжний шар, що містить водень, гелій, магній, оксид кремнію (SiO) та кисень. Найглибше лежить магмовий океан, до складу якого входять силікати, залізо й водень.
Зв’язок крижаних гігантів із субнептунами
У висновках дослідження зазначається: «Хоча це лише одна з кількох моделей, які успішно відтворюють спостережувані особливості Нептуна та Урана, у неї є кілька переваг. Одна з них — зв’язок з іншими газовими карликовими планетами; не зовсім очевидно, що крижані гіганти та субнептуни мають відрізнятися фундаментально лише через відстань від своєї зорі».
«Із цим пов’язаний той факт, що найголовніші хімічні характеристики крижаних гігантів нагадують характеристики газових субнептунів, що, можливо, вказує на схожі граничні умови для хімії атмосфер, які зумовлені магмовими океанами», — йдеться в дослідженні.
Хоча Voyager 2 залишається єдиним космічним апаратом, який відвідав Уран та Нептун, і наразі не заплановано жодних місій повернення, було запропоновано кілька концепцій місій: Uranus Orbiter and Probe (UOP) та Neptune Odyssey, при цьому UOP використовує зонд, щоб зануритися в атмосферу Урана, тоді як обидві місії мають також досліджувати численні супутники крижаних гігантів.
За матеріалами phys.org
