Нове дослідження показує, що Уран і Нептун створені не так, як ми думали

Про що говорить дослідження

Багато чого про Уран і Нептун залишається невідомим. Ці гігантські планети відвідав лише один космічний апарат – "Вояджер-2", який пролетів повз них у 1980-х роках. У результаті вчені мають лише туманне уявлення про склад крижаних гігантів — наприклад, про те, що вони містять значну кількість кисню, вуглецю і водню.

Дивіться також Під час затемнення 8 квітня нібито бачили спалах на Сонці, але насправді це було дещо інше

Щоб дізнатися більше про те, з чого складаються Уран і Нептун, астрономи розробили моделі, які відповідають фізичним властивостям, виміряним "Вояджером-2" і земними телескопами. Багато моделей припускають, що планети мають тонку водневу і гелієву оболонку, нижній шар стисненої суперіонної води і аміаку, і центральне кам'янисте ядро. За деякими оцінками, Уран і Нептун можуть містити в 50 000 разів більше води, ніж океани Землі. Саме тому ми й можемо називати їх "крижаними".

Але автори нового дослідження кажуть, що ці моделі ігнорують спосіб формування крижаних гігантів. Коли Уран і Нептун об'єдналися з пилової хмари, що оточувала молоде Сонце, вони поглинули або акретували об'єкти, які називаються планетезималями. За словами команди, ці планетезималі нагадують сучасні комети, такі як 67P/Чурюмова-Герасименко, які походять з поясу Койпера, області крижаних тіл за межами орбіти Нептуна.

Однак, на відміну від крижаних гігантів, які нібито багаті на воду, значна частина цих планетезималей мала вуглецевий склад. Тож як можна сформувати крижаного гіганта з бідних на лід будівельних блоків? 

Щоб вирішити цей очевидний парадокс провідний автор дослідження та планетолог Ізраїльського технологічного інституту Урі Маламуд та його співавтори побудували "сотні тисяч моделей" Урана й Нептуна. Алгоритм, який вони використовували, "починає підбирати відповідний склад для поверхні планети, і поступово просувається вглиб до центральної точки планети". Вони розглянули кілька хімічних речовин, включаючи залізо, воду і метан, основний компонент природного газу. Потім вони спробували визначити, яка модель найбільше нагадує реальних крижаних гігантів за такими характеристиками, як радіус і маса.

З різних моделей, які вони побудували, астрономи виявили, що ті, які містять метан, відповідають їхнім критеріям, причому метан — або у вигляді твердих шматків, або, враховуючи тиск, у кашоподібному стані — утворює товстий шар між воднево-гелієвою оболонкою і шаром води. У деяких моделях метан становив 10% маси планети.

Цей метан є ключем до розгадки льодового парадокса. Лід міг утворитися, коли водень у зростаючих планетах хімічно реагував з вуглецем у планетезималях, з яких ці планети зростали, кажуть дослідники. Такі реакції відбуваються при високих температурах і надвисокому тиску — в мільйони разів більшому за атмосферний тиск, який ми відчуваємо на Землі. Саме такі умови, на думку вчених, існували на планетах, що розвивалися.

За словами Маламуда, результати дослідження можуть дати більше інформації про ці маловивчені планети, хоча перевірити, чи дійсно вони багаті на метан, буде складно. Це буде метою однієї з кількох запропонованих місій NASA та інших космічних агентств, які планують дослідити Уран.