Модель внутреннего устройства планет Уран и Нептун, основанная на последних компьютерных расчетах, полностью меняет наши представления о природе этих гигантов. Ранее их считали классическими «ледяными гигантами» — планетами, состоящими в основном из воды, льда, аммиака и метана в сжатом состоянии. Однако новая исследовательская работа, опубликованная 10 декабря в журнале Астрономия и астрофизика, ставит под сомнение традиционное понимание и предполагает, что внутри этих планет могут находиться большие каменные ядра, покрытые слоями льда и газа, что кардинально меняет их характеристику.

Почему название «ледяные гиганты» больше не подходит

За прошедшие десятилетия исследования внутреннего строения Урана и Нептуна использовались различные модели на базе физических законов и данных со спутников и телескопов. В основном, считается, что эти планеты — это массивные шаровые образования из льда, воды и газов. Его происхождение связывают с холодными условиями на периферии Солнечной системы: при температуре около -200 °C молекулы воды и других веществ конденсируются, образуя ледяной материал, формирующий их ядра. Так возникло деление планет: «газовые гиганты» — Юпитер и Сатурн, и «ледяные гиганты» — Уран и Нептун.

Классическая классификация основывается именно на составе и температурных условиях. Но, как показывает новая модель, это упрощение. Исследователи под руководством Луки Морфа из Университета Цюриха, разработали гибридный подход, объединяющий теоретические физические модели и текущие наблюдательные данные, что позволило переосмыслить внутреннюю структуру этих планет.

Новая компьютерная модель и ее принцип работы

Создавая свою модель, команда учёных сначала рассматривала, как меняется плотность ядра планеты с увеличением расстояния от центра. Затем, используя данные о гравитационных полях и орбитальных характеристиках, они уточняли параметры, такие как температура и состав ядер. Итерационный процесс позволил создать точные профили плотности, соответствующие текущим наблюдением.

Эта стратегия позволила определить восемь вариантов внутренней структуры для каждой планеты. Особое внимание уделялось соотношению воды и каменных веществ внутри ядер. Три из них показывают преобладание каменных материалов, что существенно расходится с классической теорией ледяных гигантов. На практике это означает, что внутри Урана и Нептуна может находиться значительная часть каменного материала, подобного земной коре, покрытая слоем льда и газов.

Что скрыто внутри: каменные ядра и магнитные поля

Появление в моделях слоёв, богатых каменными веществами, объясняет загадочные магнитные поля планет. Уран и Нептун известны своей уникальной магнитосферой: у них более чем две магнитных полюса, и магнитное поле отклонено от центра планеты. Новый расчет демонстрирует, что эти магнитные аномалии могут возникать именно в слоях, где присутствуют насыщенные водой и каменистые соединения.

Исследователи предполагают, что такие слои могут находиться ближе к центру планеты, чем ранее считалось, что объясняет уникальность магнитных полей. Например, у Урана магнитное поле генерируется относительно центра примерно в двадцати процентах глубины, тогда как у Нептуна — чуть ближе к ядру. Это — важный фактор для понимания динамики магнитосферных процессов, а также для моделирования межпланетных взаимодействий и космической погоды.

Что говорят ученые и что дальше

«Текущие данные, полученные во время пролётов космических аппаратов Voyager 2 в 1980-х, недостаточны для однозначного определения внутренней структуры планет. Новая модель показывает, что внутри Урана и Нептуна могут находиться не только ледяные слои, но и значительные каменные ядра. Это открывает новые горизонты в исследовании этих планет», — говорит Равит Хеллед, соавтор исследования, профессор планетарных наук в Тель-Авивском университете.

Исследователи подчеркивают, что для окончательного подтверждения новых гипотез нужны миссии к Урану и Нептуну, способные обеспечить более точные данные о составе и структуре планет. Пока что же, их модель служит мощным инструментом, позволяющим анализировать гипотезы и гипотетические сценарии, исходя из имеющихся данных.

Почему это важно?

Переоценка внутреннего строения Урана и Нептуна значительно меняет наше понимание формирования и эволюции ледяных гигантов. Если внутри них есть большие каменные ядра, то их образование могло происходить иначе, чем предполагалось ранее. Это также влияет на моделирование возможных экзопланет в других звездных системах, где схожие объекты обнаруживаются все чаще и чаще.

Ученые из разных стран уже начинают пересматривать свои гипотезы и разрабатывать новые планы миссий, ориентированных на изучение внутреннего строения этих планет. Впереди — новые открытия, которые, возможно, помогут ответить на вопросы о происхождении нашей Солнечной системы и о том, как формируются подобные планеты за ее пределами.

Заключение

Научная революция в понимании Урана и Нептуна — это результат новых вычислений и более глубокого анализа данных. Внутри этих холодных гигантов место воды и льда, похоже, занимает значительно больше каменных веществ, что делает их скорее «каменными гигантами», нежели классическими «ледяными». Это открытие не только расширяет наши знания о Солнечной системе, но и поднимает новые вопросы о формировании планет и их магнитных полях.

Если будущие миссии подтвердят эти гипотезы, то развитие теорий о планетах за пределами солнечной семьи потребует пересмотра классической классификации и понимания физических процессов внутри гигантов.