Проблема изучения Урана и Нептуна заключается в нехватке данных. В отличие от Юпитера и Сатурна, которые исследовали зонды Кассини и Юнона, внешние планеты не посещал ни один космический аппарат с момента пролета Вояджера 2 более 30 лет назад. Поэтому ученым приходится полагаться на косвенные улики: магнитные поля, наблюдения атмосферы и тонкие изменения в орбитах спутников.
Уран и Нептун могут быть каменными планетами, а не ледяными
Астрономы десятилетиями называли Уран и Нептун ледяными гигантами, полагая, что их недра состоят из замерзших соединений воды и аммиака. Однако новое исследование показало: мы практически ничего не знаем о внутреннем устройстве этих планет. Ученые считают, что Уран и Нептун вполне могут быть вовсе не ледяными, а каменными планетами.
Нептун. Большое тёмное пятно (слева-посередине), Скутер (белое треугольное облачко слева-внизу) и Малое Тёмное Пятно (внизу). Википедия. NASA
Магнитные поля Урана и Нептуна представляют собой одну из главных загадок этих планет. В отличие от Земли, где магнитное поле генерируется в железном ядре, и газовых гигантов, где его создает металлический водород, источник магнетизма ледяных гигантов остается неясным. Модели предполагают существование слоев электропроводящего материала в их недрах, но что именно это за материал — водяной лед под высоким давлением или расплавленные силикаты — пока неизвестно. Эта неопределенность критична для понимания внутренней структуры планет.
Авторы нового исследования применили новый подход. Вместо построения моделей на основе традиционных предположений они сгенерировали множество случайных вариантов внутреннего строения планет и сопоставили их с наблюдательными данными. Работа опубликована на сервере препринтов arXiv и принята к публикации в журнале Astronomy and Astrophysics.
Уран его кольца и спутники. Съемка космического телескопа Хаббл.
Что скрывается внутри Урана и Нептуна
Согласно моделированию, отношение массы камня к воде в недрах Урана варьируется от 0,04 (планета почти полностью водяная) до 3,92 (практически полностью каменная). Нептун изучен чуть лучше, но даже там диапазон огромен: от пятикратного преобладания воды до двукратного преобладания камня. Астрономы отмечают, что сузить этот разброс при сегодняшних данных — невозможно. Это говорит о том, что нам совершенно необходимы данные наблюдений.
Слева — увеличенное цветное изображение Нептуна, полученное с космического телескопа NASA Хаббл. Справа это изображение совмещено с данными космического телескопа NASA Джеймс Уэбб. Голубые пятна, представляющие авроральную активность, и белые облака — данные спектрографа ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec), наложенные поверх полного изображения планеты, полученного с помощью широкоугольной камеры Хаббла 3.
Если большая часть массы этих планет приходится на каменные породы, они могут содержать больше твердого материала, чем даже Юпитер или Сатурн, несмотря на меньшие размеры. Это ставит под сомнение существующие модели формирования Солнечной системы: необходимо объяснить, как такое количество каменного материала попало во внешние области системы.
Разрешить эти вопросы сможет только миссия к Урану и Нептуну. Без высококачественных данных с орбитального аппарата, мы, вероятно, так никогда и не узнаем — ледяные эти планеты или каменные.