Ученый смоделировал содержимое ледяных гигантских миров и обнаружил, что жидкий слой может объяснить странное магнитное поле каждой планеты.
Возможно, мы наконец поймем, что происходит внутри Урана и Нептуна, и ответ будет довольно неожиданным: на каждом из них может быть океан воды.
«Мы на самом деле ничего не знали раньше» об их недрах, сказал Адам Мастерс, ученый-космолог и планетолог из Имперского колледжа Лондона. «Так что эта гипотеза весьма убедительна».
Идея о двух ледяных гигантских планетах — так называемых из-за условий замерзания, в которых они сформировались — была выдвинута Буркхардом Милитцером, планетологом из Калифорнийского университета в Беркли. Она могла бы объяснить странные магнитные поля обоих миров, которые не похожи ни на какие другие в Солнечной системе.
Магнитное поле Земли генерируется в ее ядре, создавая четкие северный и южный полюса, известные как диполь, который примерно совпадает с осью планеты. «Это как будто внутри планеты находится большой, гигантский стержневой магнит», — сказала Хайди Хаммель, астроном и планетолог из Ассоциации университетов по исследованиям в области астрономии. «Это справедливо для Юпитера, Сатурна, Земли и некоторых лун Юпитера».
Однако, когда космический аппарат НАСА Voyager 2 пролетел мимо Урана в 1986 году, он обнаружил нечто необычное. «Магнитное поле было сильно наклонено и смещено от центра планеты», — сказал доктор Хаммел. Сначала ученые думали, что неупорядоченное поле можно объяснить предполагаемым гигантским ударом в начале жизни Урана, который повалил планету на бок. Но затем космический аппарат пролетел мимо Нептуна три года спустя, и «его магнитное поле также было значительно наклонено», — сказал доктор Хаммел.
Предложение доктора Милитцера направлено на разрешение этого спора. Оно основано на моделировании движения 500 атомов для моделирования внутренностей двух ледяных гигантов и предполагает, что внутри двух планет, находящихся под их внешними атмосферами, находится слой воды толщиной около 5000 миль.
«Мы думаем, что это океан», — сказал доктор Милитцер. «В нем смешан водород, и он обладает высокой проводимостью, что важно для магнитного поля».
Однако давление в этом океане будет в 60 000 раз больше, чем на поверхности Земли, поэтому он будет вести себя скорее как сверхкритическая жидкость — смесь газа и жидкости, — чем как вода на Земле.
Важно, что эта вода будет отделена, как нефть и вода, от богатого углеродом слоя ниже, который отделяет океан от ядра каждой планеты. В случае Урана ядро имеет размер Меркурия, а у Нептуна оно немного больше, больше размером с Марс.
Ранее ученые считали, что внутренности двух планет будут более смешанными. «Новое в том, что вода отделяется от углерода», — сказал доктор Милитцер. Обычно, добавил он, «когда вы накладываете водород сверху, слой воды растворяется». Но ледяные гиганты могли образоваться с меньшим количеством водорода, чем Юпитер и Сатурн, из-за их большего расстояния от Солнца.
Именно этот слой воды, а не ядра планет, мог бы быть ответственным за создание неупорядоченных магнитных полей двух планет.
Идея доктора Милитцера могла бы объяснить ключевое различие между Юпитером и Сатурном, которые в основном состоят из водорода, и Ураном и Нептуном. «Первым шагом к пониманию нашей солнечной системы является различие между газовыми гигантами и планетами земной группы», — сказал Фрэн Багенал, профессор астрофизики и планетологии в Университете Колорадо в Боулдере и член научной группы Voyager, «затем водородные планеты и ледяные гиганты».
Это открытие также может дать информацию для предполагаемого возвращения НАСА к Урану в следующем десятилетии. Этот орбитальный космический аппарат мог бы нести приборы для измерения внутренней структуры и магнитного поля Урана, которые могли бы исследовать наличие этого водного слоя.