Наиболее удалённая из официально утверждённых планет Солнечной системы — Нептун — относится к категории ледяных гигантов. В отличие от гигантов газовых, подобных Юпитеру или Сатурну, тела такого типа состоят не из водорода и гелия (доля газов не выше 7% от общей массы), а из «лёгких веществ». Это, главным образом, вода.
Тяжёлые вещества — металлы и силикаты, — впрочем, тоже на ледяных гигантах наличествуют. Где-то глубоко внутри. В случае Нептуна они образуют ядро 1.2 земных массы. То есть, это ещё 7% вещества планеты, которая тяжелее Земли в 17 раз. Остальные 86% — небулярные соединения, захваченные Нептуном из первичной туманности: вода, метан, аммиак и углекислота. Вода, как отмечалось выше, главным образом. Её примерно вчетверо больше, чем всего остального вместе. Так уж получилось , что кислород — очень распространённый во вселенной химический элемент.
Из названия «ледяной гигант», вроде бы, следует, что на Нептуне очень холодно (что и не удивительно в 30 астрономических единицах от Солнца), и вода присутствует на планете в форме льда. Но верно это лишь на половину. На Нептуне — в большей части его объёма — очень жарко. Об объёме, а не поверхности приходится говорить, так как у ледяных гигантов поверхности нет. Внешняя, состоящая из водорода, гелия и метана с небольшой примесью азота атмосфера, действительно имеет температуру всего 50-60 кельвинов на внешней границе метановых облаков, визуально воспринимаемой, как «поверхность» Нептуна. Но и это уже достаточно много по меркам дальних планет. Примерно, как на Титане, который втрое ближе к Солнцу. По мере же погружения в атмосферу температура быстро растёт.
Как и прочие гиганты (непонятное исключение составляет Уран ), Нептун имеет внутренний источник энергии, и отдаёт в космос в 2.6 раза больше тепла, чем получает от Солнца. Поток получается солидный, и атмосфера планеты бушует, образуя вихри, подобные юпитерианским пятнам. Тепло выделяется в недрах планеты в результате продолжающегося гравитационного сжатия. И немного, как следствие распада нестабильных изотопов. Все планеты сжимаются, — Земля в том числе , — но у каменистых тел основным является радиогенный источник разогрева. У ледяных и газовых — гравитационный.
По мере уплотнения, внешняя атмосфера переходит во внутреннюю, с высоким содержанием тяжёлых газов — водяного пара и углекислоты, нагревается, образуя обычную для гигантов «комфортную», условно жизнепригодную зону . После чего не вдруг, а минуя протяжённый слой постепенно сгущающегося тумана, незаметно переходит в жидкость, — чудовищно перегретый океан из воды и аммиака.
Впрочем, в отличие о Урана, наличие жидкой воды на Нептуне под вопросом. Эта планета, некогда поглотившая множество тел пояса Койпера , тяжелее Урана на 20%. Соответственно, температура и давление в её толще нарастают решительнее. Так что в зоне сверхкритического флюида — туманном слое, где температура вынуждает жидкость испаряться, а давление конденсироваться, — могут твориться вещи совсем уж странные. Прямо там, без отрыва от испарения и конденсации, вода может сразу и замерзать. Переходя, однако, в фазу не обычного, а экзотического льда, начиная с VII модификации.
Разница между модификациями водяного льда заключается в кристаллической решётке. Если у льда обычного (лёд I ) она такова, что молекулы занимают больший объём, чем в жидкости, то экзотические формы плотнее воды. И в этом вся соль. Давление не оставляет воде выбора, принуждая принимать более компактные формы.
Температура в недрах Нептуна достигает 5400 градусов, — а это на четверть больше, чем на поверхности Солнца. Перегретый экзотический лёд ведёт себя, как жидкость, жидкий кристалл, и… кстати, об алмазах. Вышеприведённая информация требовалась для пояснения, почему и насколько условия на Нептуне (скорее, впрочем, в Нептуне) суровы.
Условия в океане жидкого льда суровы настолько, что в этой среде разлагается метан. Метан, впрочем, разлагается везде. В космосе это главное его занятие . Но если в атмосфере Титана , теряя под ливнем космических лучей водород, он превращается в лёгкие хлопья сажи, то в океана Нептуна процесс выглядит несколько иначе.
Впаянные в жидкий лёд молекулы метана перемалываются кристаллической решёткой. Водород выходит во внешние слои, углерод же, прессуется, принимая под гнётом враждебного окружения наиболее компактную кристаллическую форму — форму алмаза. В этом качестве, будучи тяжелее даже экзотического льда, он закономерно тонет. Так что, под мантией ледяной, разделяя её с зоной расплавленного камня, на Нептуне может находиться целый океан из алмаза.
«Океан» — потому что и алмаз при таких температуре и давлении, оставаясь кристаллом, будет вести себя, как жидкость.
