О чем говорит исследование
Многое об Уране и Нептуне остается неизвестным. Эти гигантские планеты посетил лишь один космический аппарат – "Вояджер-2", который пролетел мимо них в 1980-х годах. В результате ученые имеют лишь смутное представление о составе ледяных гигантов — например, о том, что они содержат значительное количество кислорода, углерода и водорода.
Чтобы узнать больше о том, из чего состоят Уран и Нептун, астрономы разработали модели, которые соответствуют физическим свойствам, измеренным "Вояджером-2" и земными телескопами. Многие модели предполагают, что планеты имеют тонкую водородную и гелиевую оболочку, нижний слой сжатой суперионной воды и аммиака, и центральное каменистое ядро. По некоторым оценкам, Уран и Нептун могут содержать в 50 000 раз больше воды, чем океаны Земли. Именно поэтому мы и можем называть их "ледяными".
Но авторы нового исследования говорят, что эти модели игнорируют способ формирования ледяных гигантов. Когда Уран и Нептун объединились из пылевого облака, окружавшего молодое Солнце, они поглотили или аккретировали объекты, называемые планетезималями. По словам команды, эти планетезимали напоминают современные кометы, такие как 67P/Чурюмова-Герасименко, которые происходят из пояса Койпера, области ледяных тел за пределами орбиты Нептуна.
Однако в отличие от ледяных гигантов, которые якобы богаты на воду, значительная часть этих планетезималей имела углеродный состав. Так как можно сформировать ледяного гиганта из бедных на лед строительных блоков?
Чтобы решить этот очевидный парадокс ведущий автор исследования и планетолог Израильского технологического института Ури Маламуд и его соавторы построили "сотни тысяч моделей" Урана и Нептуна. Алгоритм, который они использовали, "начинает подбирать подходящий состав для поверхности планеты, и постепенно продвигается вглубь к центральной точке планеты". Они рассмотрели несколько химических веществ, включая железо, воду и метан, основной компонент природного газа. Затем они попытались определить, какая модель больше всего напоминает реальных ледяных гигантов по таким характеристикам, как радиус и масса.
Из различных моделей, которые они построили, астрономы обнаружили, что те, которые содержат метан, соответствуют их критериям, причем метан — либо в виде твердых кусков, или, учитывая давление, в кашеобразном состоянии — образует толстый слой между водородно-гелиевой оболочкой и слоем воды. В некоторых моделях метан составлял 10% массы планеты.
Этот метан является ключом к разгадке ледового парадокса. Лед мог образоваться, когда водород в растущих планетах химически реагировал с углеродом в планетезималях, из которых эти планеты росли, говорят исследователи. Такие реакции происходят при высоких температурах и сверхвысоком давлении - в миллионы раз больше атмосферного давления, которое мы испытываем на Земле. Именно такие условия, по мнению ученых, существовали на развивающихся планетах.
По словам Маламуда, результаты исследования могут дать больше информации об этих малоизученных планетах, хотя проверить, действительно ли они богаты на метан, будет сложно. Это будет целью одной из нескольких предложенных миссий NASA и других космических агентств, которые планируют исследовать Уран.