Techniniu požiūriu Uranas ir Neptūnas priskiriami dujiniams milžinams, tačiau dėl savo sudėties jie dažnai vadinami „ledo milžinais“.
Šis pavadinimas siejamas su tuo, kad Uranas ir Neptūnas turi daugiau metano, vandens ir kitų lakiųjų junginių nei jų didesnieji kaimynai – Jupiteris ir Saturnas. Esant milžiniškam slėgiui šių planetų gelmėse, šios medžiagos tampa kietos ir faktiškai virsta „ledais“.
Tačiau nauji Ciūricho universiteto (UZH) ir Nacionalinio kompetencijos centro „PlanetS“ tyrimai verčia iš naujo permąstyti šių planetų gelmių sandarą. Pasak mokslininkų, kurių straipsnis šį mėnesį publikuotas žurnale Astronomy & Astrophysics, Uranas ir Neptūnas savo branduoliuose gali būti gerokai uolingesni ir kur kas mažiau „leduoti“, nei manyta iki šiol.
Be to, tyrėjai siūlo, kad šių planetų gelmėse gali vykti konvekcija – medžiagos maišymasis ir judėjimas, panašiai kaip Žemėje dėl tektoninių procesų, o ne statiškas, sluoksniuotas išsidėstymas. Tokie procesai galėtų paaiškinti kai kurias paslaptingas „ledo milžinų“ savybes.
Planetų klasifikacija ir „ledo milžinų“ išskirtinumas
Istoriškai Saulės sistemos planetos pagal sudėtį ir atstumą nuo Saulės skirstomos į tris grupes. Pirma – uolinės, arba Žemės tipo, vidinės Saulės sistemos planetos: Merkurijus, Venera, Žemė ir Marsas. Toliau, už vadinamosios „šerkšno linijos“, kur vanduo ir kitos lakiosios medžiagos užšąla, prasideda milžiniškos planetos – dujiniai milžinai Jupiteris ir Saturnas bei ledo milžinai Uranas ir Neptūnas.
Naujasis UZH ir „PlanetS“ mokslininkų, doktoranto L. Morfo ir profesorės R. Helled, tyrimas šią klasifikavimo schemą kvestionuoja.
Mažiausiai ištirtos Saulės sistemos planetos
Iš visų Saulės sistemos planetų Uranas ir Neptūnas tebėra mažiausiai suprastos. Vienintelė misija, juos tyrusi iš arti, buvo „Voyager 2“ zondas, pro Uraną praskriejęs 1986 m., o pro Neptūną – 1989 m. Naujų, tikslesnių duomenų iki šiol praktiškai neturime.
Morf ir Helled sukūrė unikalų būdą Urano ir Neptūno gelmių sandarai modeliuoti, atsitraukdami nuo įprasto, vandens gausa paremtų „leduotų“ planetų modelio. Jie naudojo atsitiktines tankio profilių kombinacijas ir kiekvienu atveju skaičiavo atitinkamą planetos gravitacinį lauką.
Šį procesą jie kartojo tol, kol gauti rezultatai sutapo su turimais Urano ir Neptūno stebėjimų duomenimis.
„Ledo milžino klasifikacija yra pernelyg supaprastinta – Uranas ir Neptūnas vis dar labai menkai pažinti,“ – UZH pranešime teigė Morfas. „Fizikiniai modeliai remiasi per daug prielaidų, o empiriniai modeliai yra per daug primityvūs. Mes sujungėme abu požiūrius ir gavome vidinės sandaros modelius, kurie yra ir „agnostiški“ (nešališki), ir kartu fiziškai nuoseklūs.“
Ar Uranas ir Neptūnas – uoliniai milžinai?
Tyrimo rezultatai parodė, kad geriausiai duomenis atitinkantis šių planetų vidaus modelis neturi būti ledo (daugiausia vandens) dominavimas – gelmės gali būti sudarytos daugiausia iš uolienų.
Tokie rezultatai dera su Hablo kosminio teleskopo ir „New Horizons“ misijos duomenimis apie Plutoną, rodančiais, jog šio nykštukinės planetos masė maždaug 70 % sudaryta iš uolienų ir metalų ir tik 30 % – iš vandens ledo.
Paslaptingi magnetiniai laukai
Tyrimas taip pat pateikia galimus paaiškinimus, kodėl Uranas ir Neptūnas pasižymi neįprastais magnetiniais laukais, kuriems būdinga daugiau nei du poliai ir sudėtinga struktūra.
„Tai kažkas, ką pirmą kartą pasiūlėme maždaug prieš 15 metų, o dabar turime skaitinį pagrindą tai parodyti,“ – sakė Helled.
„Mūsų modeliuose yra vadinamojo joninio vandens sluoksniai, kurie tam tikrose gelmių vietose generuoja magnetinį dinamo efektą ir taip paaiškina stebimus, ne dvinariai (ne dipoliniai) sutvarkytus magnetinius laukus. Taip pat nustatėme, kad Urano magnetinis laukas kyla iš gilesnių sluoksnių nei Neptūno.“
Reikia naujų misijų ir duomenų
Natūralu, kad toks modelis turi nemažai neapibrėžtumų, o tai dar labiau pabrėžia būtinybę ateityje siųsti specialias misijas šiems vadinamiesiems „ledo milžinams“ tirti.
Kol tokių misijų nėra, naujieji rezultatai siūlo naujus scenarijus ir meta iššūkį dešimtmečius vyravusioms prielaidoms apie milžinių planetų vidinę sandarą. Be to, jie gali tapti gairėmis būsimiems medžiagotyros tyrimams, nagrinėjantiems, kaip medžiaga elgiasi esant ypač ekstremalioms slėgio ir temperatūros sąlygoms.
„Tiek Uraną, tiek Neptūną galime vadinti ir uolienų milžinais, ir ledo milžinais – viskas priklauso nuo pasirinktų modelio prielaidų,“ – teigė Helled. „Šiuo metu turimų duomenų nepakanka, kad aiškiai atskirtume šiuos scenarijus, todėl mums būtinos specialios misijos į Uraną ir Neptūną, kurios galiausiai atskleistų jų tikrąją prigimtį.“
