Классификация Урана и Нептуна как ледяных гигантов в настоящее время является одной из аксиом планетологии. Однако новое исследование, проведённое учёными из Цюрихского университета и принятое к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics, ставит под сомнение это определение. Анализируя внутреннее строение двух самых удалённых планет-газовых гигантов Солнечной системы, исследователи пришли к выводу, что, возможно, Уран и Нептун ближе к каменным планетам, чем сейчас принято считать.
Для изучения внутреннего строения планет команда использовала специальные компьютерные модели, основанные на известных физических параметрах планет - массе, радиусе, скорости вращения, гравитационных моментах и давлении. Эти данные дополнили новыми алгоритмами, позволяющими точнее реконструировать распределение вещества внутри планет.
В качестве примера рассмотрим понятие экваториального радиуса. Оно применимо к телам с твёрдой поверхностью, например, Земле или Марсу. У газовых планет этот параметр менее очевиден, ведь их атмосферы постепенно разрежаются в космос, и чёткой границы плотной среды попросту нет. Поэтому исследователи оперируют понятием опорного радиуса, то есть уровня давления, выбранного в качестве условной границы для расчётов. Именно на основе таких данных строились современные модели Урана и Нептуна.
Результаты, полученные в результате такого моделирования, оказались неожиданными. Согласно расчётам, внутренняя структура обеих планет включает в себя в основном камень и воду, причём у Урана доля каменной составляющей почти в десять раз выше, чем у Нептуна. Если эти выводы подтвердятся, то традиционное деление планет-гигантов на газовые (Юпитер и Сатурн) и ледяные (Уран и Нептун) требует пересмотра. Авторы исследования предлагают рассматривать их как каменных гигантов, то есть планеты, чьи недра богаты тяжёлыми элементами.
Изменение классификации имеет глубокие последствия для всей планетной науки. Уран и Нептун служат естественными лабораториями для изучения эволюции внешних планет не только в нашей Солнечной системе, но и за её пределами. Понимание их состава помогает объяснить, как формируются и развиваются газовые экзопланеты, наблюдаемые у других звёзд.
Учёные подчёркивают, что данные остаются неполными: "Тайны недр Урана и Нептуна не в том, что они недостижимы, а в том, что у нас пока нет достаточных наблюдений. До появления новых миссий остаётся лишь множество неуточнённых моделей, а не одна целостная картина.
Что мы знаем от "Вояджера-2"
Единственным аппаратом, посетившим Уран и Нептун, остаётся "Вояджер-2". Он пролетел мимо Урана в январе 1986 года и Нептуна в августе 1989-го. Несмотря на краткость встречи, собранные данные до сих пор остаются основой для всех современных моделей.
На Уране "Вояджер" обнаружил два новых кольца и десять спутников, зарегистрировал магнитное поле, удивительным образом наклонённое относительно оси вращения, и зафиксировал ультрафиолетовое свечение в районе полюсов. На Нептуне аппарат уточнил массу планеты, зафиксировал смещённое магнитное поле и слабые авроральные проявления, значительно отличающиеся от земных.
Планов по возвращению к этим планетам пока немного. Китайская миссия Tianwen-4 рассматривается как возможный кандидат для исследования Урана, а НАСА думает над проектом Uranus Orbiter and Probe. Для Нептуна также разрабатывается несколько предложений, включая миссию Neptune Odyssey. Главная трудность для всех - это расстояние. Полёт займёт не меньше десятилетия, если не удастся воспользоваться редким гравитационным выравниванием планет, подобным тому, что позволило "Вояджеру-2" достичь всех внешних планет.
Лёд, камень и газ: где проходит граница?
Принято считать, что Юпитер и Сатурн состоят в основном из водорода и гелия и потому относятся к газовым гигантам. Уран и Нептун же содержат больше тяжёлых элементов, в том числе воды, аммиака и метана, и потому получили название ледяных. Однако если последние исследования верны, то доля каменных компонентов в их недрах может быть куда выше, чем ожидалось.
Переосмысление этих пропорций является шагом к более точному пониманию того, как в ранней Солнечной системе распределялись материалы и формировавшие планеты. Это, в свою очередь, поможет лучше объяснить разнообразие планетных систем у других звёзд.
Пока же недра Урана и Нептуна остаются загадкой. Но следующие поколения автоматических миссий, оснащённые современными приборами, точно смогут уточнить их свойства. И, возможно, выяснится, что ледяные гиганты вовсе не такие уж ледяные.