Астрономы выдвинули новую версию строения Урана и Нептуна

Астрономы долгое время считали, что ледяные гиганты Уран и Нептун богаты замерзшей водой. Однако новое исследование предполагает, что на них могут быть тонны метанового льда. Полученные результаты могут помочь решить загадку о том, как образовались эти ледяные миры.

Эти ледяные планеты-гиганты посетил всего один космический корабль "Вояджер-2", который пролетел мимо них в 1980-х годах. В результате ученые имеют лишь смутное представление о составе ледяных гигантов.

Чтобы узнать больше о том, из чего состоят Уран и Нептун, астрономы разработали модели, соответствующие физическим свойствам, измеренным "Вояджером-2" и наземными телескопами. Существующие модели предполагают, что планеты имеют тонкую водородную и гелиевую оболочку, нижележащий слой сжатой суперионной воды и аммиака, и центральное каменистое ядро (именно из-за воды их называют "ледяными гигантами"). По некоторым оценкам, на Уране и Нептуне может быть в 50 000 раз больше воды, чем в океанах Земли.

Но авторы нового исследования говорят, что эти модели игнорируют способ образования ледяных гигантов. Когда Уран и Нептун сформировались из пылевого облака, окружающего молодое Солнце, они поглотили объекты, называемые планетезималями. Команда ученых полагает, что эти планетезимали напоминают современные кометы, такие как 67P / Чурюмова-Герасименко, из пояса Койпера, области за орбитой Нептуна.

Однако эти планетезимальные объекты богаты углеродом. Итак, как ледяные гиганты могли сформироваться из строительных блоков, бедных льдом? сказал Ури Маламуд, ведущий автор исследования и планетолог из Техниона – Израильского технологического института.

Чтобы разрешить этот очевидный парадокс, ведущий автор исследования и планетолог из Техниона – Израильского технологического института Ури Маламуд построил сотни тысяч моделей внутренностей Урана и Нептуна. Алгоритм, который они использовали, подбирал подходящий состав для поверхности планеты и постепенно проникал все глубже в центральную точку 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 построенных ими моделей астрономы обнаружили, что модели с метаном соответствуют всем критериям, причем метан — либо в виде твердых кусков, либо, учитывая давление, в кашеобразном состоянии — образует толстый слой между водородно-гелиевой оболочкой и слоем воды. В некоторых моделях метан составляет 10% массы планеты.

Команда опубликовала свои результаты, которые еще не прошли рецензирование, на сервере препринтов arXiv в марте.

Этот метан содержит ключ к разрешению ледяного парадокса. Лед мог образоваться, когда водород на растущих планетах химически вступал в реакцию с углеродом в планетезималях. Такие реакции происходят при высоких температурах и сверхвысоком давлении — в миллионы раз превышающем давление воздуха, которое мы испытываем на Земле. Именно такие условия, по мнению ученых, существовали на формирующихся планетах.

Полученные результаты могут дать представление об этих малоизученных планетах, хотя проверить, действительно ли они богаты метаном, будет непросто.