03 октября 2025 года был опубликован препринт статьи "Новые модели интерьера Урана и Нептуна", в которой планетарные физики усомнились в том что ледяные гиганты ледяные. И для меня в этом сомнении ничего удивительного нет. Никакие планеты или спутники Солнечной системы не описывает формальное название их группы.
В чем загадочность гигантских планет?
Внешняя Солнечная система содержит интригующие и наименее понятные планеты Солнечной системы. Уран и Нептун, которых часто называют «ледяными гигантами», остаются загадочными с точки зрения состава, образования и эволюции. Эти две планеты - ключ к пониманию Солнечной системы, но их важность стала еще более очевидной в последние годы. Экзопланеты средней массы с массами между Землей и Нептуном оказались наиболее распространенными планетами в галактике. Лучшее понимание гигантов может дать ответы на несколько фундаментальных открытых проблем в планетарной физике. Например, это может выявить механизмы, наиболее актуальные для формирования планеты на заданном расстоянии от конкретной звезды. Это может помочь количественно оценить взаимосвязь между наблюдаемыми атмосферами и скрытыми интерьерами планет.
Лука Морф и Равит Хеллед
Инвариант научных сомнений
Мы не уверены его составе, происхождении и эволюции. Если узнаем, это изменит мир.
Любой ученый по любому вопросу
Все планеты имеют поверхность
Деление на группу силикатных планет, у которых есть поверхность - местами твердая, местами жидкая, а вокруг нее атмосфера, и на группу гигантских планет, половина из которых газовые, а другая ледяные, как бы намекает на разные принципиальные планетарные схемы. Мол, одни планеты имеют поверхность, а у других она условна. Это не совсем так. Все планеты имеют четкую поверхность и некоторую газовую атмосферу вокруг. У всех планет ядро плотное и содержит силикаты и металлы. То есть, что Земля - камень со сравнительно небольшим газовым слоем, что Нептун. Разница в размерах и составе.
Жидкие гиганты
Юпитер и Сатурн, которых часто называют «газовыми гигантами», остаются загадочными с точки зрения состава, образования и эволюции, так еще и не состоят целиком из газа. Ровно так же, как и на Земле они имеют четкую поверхность и сравнительно небольшой слой плотной атмосферы. Однако, в отличии от остальных планет, поверхность - это океан металлического водорода, который ближе к поверхности скорее жидкий, а в центе планеты скорее твердый, но не совсем. В океане растворены силикаты и металлы - то из чего состоит и наша планета внутри. Однако, очаги плотности этих компонентов имеют нечеткие границы. В принципе, как и внутри Земли есть очаги плотности с нечеткими границами.
Жидкие гиганты с каменным дном
Уран и Нептун, которых часто называют «ледяными гигантами», остаются загадочными с точки зрения состава, образования и эволюции, так еще и не стоят целиком изо льда. Внутри Нептуна буквально - Земля, каменный шарик с массой близкой к земной. Вокруг него, как и на Земле - океан. Но, в отличии от земных водоемов, океан Нептуна - может составлять порядка 80 % массы планеты, он горячий, но не кипит, из-за высокого давления и состава - воды, метана и аммиака. Ну, а над поверхностью горячего мега-океана - относительно тонкий слой атмосферы, в котором гуляют ветра. Принципиально, все как и у нас.
Нептун - самая ветреная планета Солнечной системы. Несмотря на большое расстояние от Солнца, ветры Нептуна могут быть в три раза сильнее, чем у Юпитера, и в девять раз сильнее, чем на Земле. Эти ветры разносят облака замерзшего метана по всей планете со скоростью более 2000 километров в час.
А еще, наши читатели, наверняка знают, что настоящие цвета Урана и Нептуна практически не отличаются и увидеть своими глазами оттенок похожий на натуральные цвета этих планет можно взглянув на утиное яйцо.
Жидкие гиганты с каменным дном побольше
Уран и Нептун как «скальные гиганты». Мы обнаружили, что различные объемные составы соответствуют текущим данным как для Урана, так и для Нептуна. Внутренние слои: каменные и жидкий океан, при этом соотношение породы к воде варьируется более чем на порядок (0,04–3,92 для Урана, 0,20–1,78 для Нептуна). Таким образом, мы подтверждаем, что ярлык «ледяные гиганты» для Урана и Нептуна может быть скорее историческим артефактом, чем надежной физической классификацией.
Думаю, тут Лука и Равит недооценивают условность названий планет: и без новых расчетов «газовые гиганты» не газообразные, а «ледяные гиганты» не изо льда. А революционную важность своей работы планетарные физики переоценивают. Принципиальные схемы Урана и Нептуна не изменились: теперь коричневый шарик в центе можно нарисовать чуть побольше.
Выводы научной статьи
Газовые или каменные - непонятно
Мы обнаружили, что как для Урана, так и для Нептуна соотношение породы к воде слабо ограничено и колеблется от 0,04 до 3,92 для Урана и от 0,20 до 1,78 для Нептуна. В целом, наши модели включают решения с соотношением породы к воде, которые значительно выше по сравнению с предыдущими исследованиями. В то же время мы показываем, что решения с низким соотношением породы к воде (до 0,04 для Урана и 0,20 для Нептуна) также действительны. Поэтому мы можем сделать вывод, что, учитывая текущие данные, нет причин предпочитать богатые водой или богатые скалами варианты Урана и Нептуна. Поэтому называть Уран и Нептун «ледяными гигантами» может быть неуместным, поскольку объемный состав планет остается неясным.
Магнитное поле не вносит ясности
Благодаря «Вояджеру 2» мы знаем, что и Уран, и Нептун обладают значительными магнитными полями. Поля многополярны и значительно наклонены относительно осей вращения планет. Распространенным объяснением магнитных полей планет является наличие ионной воды в конвективной области Это возможно как для жидких, так и для твердых ядер. Исследование 2012 года показывает, что многополярные поля могут быть характерны для еще более широкого спектра сценариев.
Различаются ли Уран и Нептун - непонятно
Уран и Нептун часто считаются похожими, но остается неясным, насколько похожи эти планеты на самом деле. Существуют очевидные различия между планетами: экваториальные радиусы, массы, периоды вращения, гравитационные поля.
В самых внешних конвективных зонах мы находим более высокую локальную массовую долю водорода и гелия для Урана, чем для Нептуна. Кроме того, кажется, что магнитное поле Урана генерируется глубже в планетарных недрах по сравнению с Нептуном. Атмосферные зонды, отправленные в атмосферы обеих планет, могли бы проверить эти предположения.
Что касается общих объемных составов соотношения горных пород и жидкости, они не зависят от известных различий между Ураном и Нептуном. Мы можем только подтвердить, что для двух планет возможен широкий спектр вариантов.
Можно добавить, что отличия выглядят несущественными и не влияют на цвет и принципиальную схему планет. В школьном атласе Солнечной системы есть смысл изобразить их очень похожими.
Посадка покажет
В заключении своей статьи Лука и Равит пишут что пока к Урану и Нептуну не прилетит космическая миссия, специализирующаяся на изучении внутреннего строения планет, будут существовать конкурирующие друг с другом модели. Понадеемся на осуществление подобных миссий на нашем веку.
Что еще почитать и посмотреть?
Автор статьи - Георгий Тимс для проекта «Физика для гуманитариев». При копировании, пожалуйста, указывайте авторство. Социальные сети проекта: Группа ВК, Телеграмм канал, Ютуб канал