Астрономы долгое время считали, что ледяные гиганты Уран и Нептун богаты замерзшей водой. Однако новое исследование предполагает, что они также могут иметь тонны метанового льда.
Результаты могут помочь решить загадку о том, как образовались эти ледяные миры.
Много о Уран и Нептун остается неизвестным. Эти ледяные гигантские миры посетил лишь один космический корабль «Вояджер-2», который пролетел мимо них в 1980-х годах. В результате учёные 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, соответствующие физическим свойствам, измеренным «Вояджером-2» и наземными телескопами. Многие модели предполагают, что планеты имеют тонкую оболочку из водорода и гелия; нижележащий слой сжатой суперионной воды и аммиак; и центральное скалистое ядро. (Вода – это то, что дает им титул «ледяного гиганта».) По некоторым оценкам, Уран и Нептун могут иметь В 50 000 раз больше воды в океанах Земли.
Но авторы нового исследования говорят, что эти модели игнорируют способ формирования ледяных гигантов. Когда Уран и Нептун объединились из пылевого облака, окружающего молодое Солнце, они поглотили или срослись с объектами, называемыми планетезималями. Команда говорит, что эти планетезимали напоминают современные кометы, такие как 67P/Чурюмова-Герасименко, которые происходят из пояса Койпера, области ледяных тел в форме пончика за орбитой Нептуна.
Связанный: Где заканчивается Солнечная система?
Однако, в отличие от предположительно богатых водой ледяных гигантов, большая часть этих планетезимоподобных объектов богата углерод. Итак, «как можно сформировать ледяного гиганта из строительных блоков, бедных льдом?» сказал Ури Маламудведущий автор исследования и планетолог из Техниона – Израильского технологического института.
Чтобы разрешить этот очевидный парадокс, Маламуд и его соавторы построили сотни тысяч моделей недр Урана и Нептуна. Алгоритм, который они использовали, «начинает подбирать подходящий состав для поверхности планеты и постепенно продвигается глубже в центральную точку планеты». Они считали несколько химических веществ, в том числе железо, воду и метан, основными компонентами природного газа. Затем они попытались определить, какая модель больше всего напоминала настоящих ледяных гигантов по таким характеристикам, как радиус и масса.
Из различных моделей, которые они построили, астрономы обнаружили, что модели с метаном соответствуют их критериям: метан — либо в виде твердых кусков, либо, учитывая давление, в мягком состоянии — образует толстый слой между водородно-гелиевой оболочкой и водой. слой. В некоторых моделях метан составлял 10% массы планеты.
Команда опубликовала свои результаты, которые еще не прошли рецензирование, на сервере препринтов. arXiv в марте.
Этот метан является ключом к разрешению ледяного парадокса. По словам исследователей, лед мог образоваться, когда водород на растущих планетах вступал в химическую реакцию с углеродом в планетезималях, которые планеты аккрецировали. Такие реакции происходят при высоких температурах и сверхвысоком давлении — в миллионы раз превышающем давление воздуха, которое мы испытываем на Земле. По мнению ученых, именно такие условия существовали на развивающихся планетах.
Результаты могут дать более глубокое понимание этих малоизученных планет, хотя проверить, действительно ли они богаты метаном, будет непросто, сказал Маламуд. Это была бы цель для одного из нескольких предлагаемые миссии от НАСА и других космических агентств, стремящихся исследовать Уран.
