В новом исследовании, опубликованном 10 декабря в журнале Astronomy & Astrophysics, группа ученых под руководством докторанта Цюрихского университета Луки Морфа и его научного руководителя Равит Хеллед предложила пересмотреть классификацию планет на окраинах Солнечной системы. Авторы работы утверждают, что недра Урана и Нептуна могут быть гораздо более каменистыми, чем считалось ранее, что ставит под сомнение традиционный ярлык «ледяных гигантов». Исследователи предлагают альтернативный термин — «каменные гиганты», основываясь на результатах нового компьютерного моделирования.
Традиционное представление об этих планетах, находящихся на краю нашей звездной системы, базируется на экстремально низких температурах в этой области космоса. Принято считать, что газы, такие как водород, гелий и водяной пар, конденсируются там в «сжатую ледяную кашу», формирующую ядра планет. Однако Лука Морф отмечает: «Классификация ледяных гигантов слишком упрощена, поскольку Уран и Нептун все еще плохо изучены». Нептун, самая удаленная планета, находится на среднем расстоянии 2,8 миллиарда миль (4,5 миллиарда километров) от Солнца, что затрудняет получение точных данных.
Для решения проблемы неопределенности Морф и Хеллед разработали уникальную гибридную модель, призванную устранить недостатки предыдущих подходов. Старые физические модели слишком сильно зависели от предположений авторов, а наблюдательные модели часто оказывались чрезмерно упрощенными. Новый метод объединил анализ вариации плотности ядра в зависимости от расстояния до центра с поправками на гравитацию планет. Ученые использовали итеративный подход, многократно вводя параметры в модель, пока характеристики ядра не совпали с имеющимися наблюдательными данными.
Результатом работы стала генерация восьми возможных моделей строения ядер для Урана и Нептуна. Статистика оказалась показательной: три из восьми моделей продемонстрировали высокое соотношение каменистых пород к воде. Это позволило сделать вывод, что недра планет не ограничиваются льдом и могут содержать значительное количество твердой породы. Равит Хеллед подчеркивает текущую неопределенность: «И Уран, и Нептун могут быть каменными или ледяными гигантами в зависимости от предположений модели».
Исследование также предлагает объяснение загадочным магнитным полям этих планет, которые имеют более двух полюсов. Все смоделированные ядра содержали конвективные области с чистой водой в ионной фазе. В условиях экстремальных температур и давлений молекулы воды распадаются на заряженные протоны (H+) и гидроксид-ионы (OH-). Именно эти ионные слои, вероятно, являются источником сложных магнитных полей. При этом моделирование показало, что у Урана магнитное поле генерируется ближе к центру планеты по сравнению с Нептуном.
Основным источником данных для проверки модели по-прежнему служит информация, полученная космическим зондом «Вояджер-2». Ключевым событием стал пролет аппарата мимо Нептуна и снимки, сделанные в 1989 году. Несмотря на то что эти данные остаются лучшими из доступных на сегодняшний день, ученые признают их недостаточность для окончательного выбора между статусом каменного или ледяного гиганта.
Существенным ограничением для физиков остается слабое понимание поведения материалов в «экзотических условиях» высокого давления и температуры в сердцах планет-гигантов. Команда исследователей планирует усовершенствовать свою модель, включив в расчеты другие молекулы, характерные для планетных ядер, в частности метан и аммиак. Это позволит повысить точность прогнозов относительно внутреннего состава.
Разработанная модель позиционируется авторами как объективный инструмент для интерпретации данных будущих космических миссий. Ученые настаивают на необходимости отправки специализированных аппаратов к Урану и Нептуну, так как только новые прямые измерения способны раскрыть истинную природу этих далеких миров и подтвердить или опровергнуть теорию «каменных гигантов».
Изображение носит иллюстративный характер
Традиционное представление об этих планетах, находящихся на краю нашей звездной системы, базируется на экстремально низких температурах в этой области космоса. Принято считать, что газы, такие как водород, гелий и водяной пар, конденсируются там в «сжатую ледяную кашу», формирующую ядра планет. Однако Лука Морф отмечает: «Классификация ледяных гигантов слишком упрощена, поскольку Уран и Нептун все еще плохо изучены». Нептун, самая удаленная планета, находится на среднем расстоянии 2,8 миллиарда миль (4,5 миллиарда километров) от Солнца, что затрудняет получение точных данных.
Для решения проблемы неопределенности Морф и Хеллед разработали уникальную гибридную модель, призванную устранить недостатки предыдущих подходов. Старые физические модели слишком сильно зависели от предположений авторов, а наблюдательные модели часто оказывались чрезмерно упрощенными. Новый метод объединил анализ вариации плотности ядра в зависимости от расстояния до центра с поправками на гравитацию планет. Ученые использовали итеративный подход, многократно вводя параметры в модель, пока характеристики ядра не совпали с имеющимися наблюдательными данными.
Результатом работы стала генерация восьми возможных моделей строения ядер для Урана и Нептуна. Статистика оказалась показательной: три из восьми моделей продемонстрировали высокое соотношение каменистых пород к воде. Это позволило сделать вывод, что недра планет не ограничиваются льдом и могут содержать значительное количество твердой породы. Равит Хеллед подчеркивает текущую неопределенность: «И Уран, и Нептун могут быть каменными или ледяными гигантами в зависимости от предположений модели».
Исследование также предлагает объяснение загадочным магнитным полям этих планет, которые имеют более двух полюсов. Все смоделированные ядра содержали конвективные области с чистой водой в ионной фазе. В условиях экстремальных температур и давлений молекулы воды распадаются на заряженные протоны (H+) и гидроксид-ионы (OH-). Именно эти ионные слои, вероятно, являются источником сложных магнитных полей. При этом моделирование показало, что у Урана магнитное поле генерируется ближе к центру планеты по сравнению с Нептуном.
Основным источником данных для проверки модели по-прежнему служит информация, полученная космическим зондом «Вояджер-2». Ключевым событием стал пролет аппарата мимо Нептуна и снимки, сделанные в 1989 году. Несмотря на то что эти данные остаются лучшими из доступных на сегодняшний день, ученые признают их недостаточность для окончательного выбора между статусом каменного или ледяного гиганта.
Существенным ограничением для физиков остается слабое понимание поведения материалов в «экзотических условиях» высокого давления и температуры в сердцах планет-гигантов. Команда исследователей планирует усовершенствовать свою модель, включив в расчеты другие молекулы, характерные для планетных ядер, в частности метан и аммиак. Это позволит повысить точность прогнозов относительно внутреннего состава.
Разработанная модель позиционируется авторами как объективный инструмент для интерпретации данных будущих космических миссий. Ученые настаивают на необходимости отправки специализированных аппаратов к Урану и Нептуну, так как только новые прямые измерения способны раскрыть истинную природу этих далеких миров и подтвердить или опровергнуть теорию «каменных гигантов».
