17 мая 2021 г. в журнале Nature Astronomy была опубликована работа, которая проливает свет на некоторые аспекты геологии Урана и Нептуна, планет, относящихся к классу ледяных гигантов.
Согласно старому школьному курсу астрономии большие планеты делились на два класса: каменистые (планеты земного типа) и газовые гиганты. К планетам земного типа относится, конечно же, Земля, а также Меркурий, Марс и Венера. Они вращаются ближе к центральному светилу и образуют так называемую Внутреннюю Солнечную систему. Гиганты же не имеют настоящей поверхности. Их газовая оболочка -атмосфера, просто постепенно уплотняется по мере приближения к центру, переходя во всё более и более экзотические жидкие состояния. Они обретаются во Внешней Солнечной системе. Условной границей является пояс астероидов между Марсом и Юпитером.
Однако сейчас употребляют более тонкую классификацию. Настоящими газовыми гигантами являются Юпитер и Сатурн. Уран и Нептун выделяют в особый класс ледяных гигантов. От газовых гигантов их отличает главным образом химический состав. Массовая доля водорода и гелия у Урана и Нептуна составляет 15-20%, в то время как у Юпитера и Сатурна (газовых гигантов) — более 90%. Мантия ледяных гигантов состоит в основном из из метана и аммиака, а водород в чистом виде присутствует только ближе к поверхности, около четверти массы могут составлять скальные породы. При поверхностных наблюдениях отличия ледяных гигантов от газовых собратьев не столь уж велики, а вот при изучении глубинного строения начинаются сюрпризы. Как они уродились такими, пока не очень ясно. Полная модель их формирования ещё не создана.
Богато представленные в составе вода, аммиак, метан и сероводород, в космическом пространстве находятся в виде льда, отсюда и название «ледяные гиганты», хотя в составе мантии планеты это всё как раз пребывает в жидком состоянии. Сказывается огромное давление, да и температура по мере приближения к центру быстро повышается.
Группа ученых во главе с Таэ Хён Кимом (Taehyun Kim) из Университета Йонсей (Южная Корея) воссоздала в лаборатории температуру и давление, поддерживающиеся в недрах Непутна и Урана, для того, чтобы изучить возможные реакции воды со скальными породами глубоко в недрах планет. «Мы предположили, что в недрах ледяных гигантов основные материалы, слагающие планету – вода и камень – реагируют друг с другом на атомарном уровне» - говорит глава проекта.
В условия, характерные для недр ледяных гигантов, поместили типичные для мантии скальные породы – оливин ((Mg,Fe)2SiO4) и ферропериклаз ((Mg,Fe)O) . В результате экспериментов исследователи пришли к выводу, что вода в составе мантии ледяных гигантов должна быть гораздо сильнее насыщена оксидом магния чем в земных океанах, и это влияет на ряд теплообменных процессов.
Использованы фото из открытых источников.
Путеводитель по каналу «Кот-учёный». 2019-2020