Уран и Нептун — уникальные, но внешне безликие ледяные гиганты в нашей солнечной системе. Планетологи разработали два предположения о том, что находится под их толстыми, голубоватыми, водородно-гелиевыми атмосферами.
Планетолог из Калифорнийского университета в Беркли предлагает новую теорию, согласно которой недра этих планет являются слоистыми, с двумя отдельными слоями, которые не смешиваются. Эта модель предлагает возможное объяснение необычных магнитных полей планет и бросает вызов предыдущим теориям об их недрах.
Исследование предполагает, что под слоями облаков этих планет находится глубокий океан воды, за которым следует сильно сжатая жидкость углерода, азота и водорода. Компьютерное моделирование показывает, что при экстремальных температурах и давлениях вода, метан и аммиак естественным образом разделяются на два слоя, причем водород выдавливается из метана и аммиака в глубоких недрах.
Несмешивающиеся слои, предложенные для Урана и Нептуна, могли бы объяснить, почему у этих ледяных гигантов нет магнитного поля, подобного земному. Это было одним из удивительных открытий миссии NASA Voyager 2 в конце 1980-х годов, которая показала, что магнитные поля Урана и Нептуна необычны и не похожи на четко определенное дипольное поле Земли.
Буркхард Милитцер, планетолог из Калифорнийского университета в Беркли, сказал: «Теперь у нас есть, я бы сказал, хорошая теория о том, почему у Урана и Нептуна действительно разные поля, и они сильно отличаются от Земли, Юпитера и Сатурна. Мы не знали этого раньше. Это как масло и вода, только масло опускается ниже, потому что теряется водород».
По мере охлаждения планеты более холодный и плотный материал опускается, а более горячая и менее плотная жидкость поднимается, этот процесс называется конвекцией. Если внутренняя часть планеты может проводить электричество, эта конвекция может создать дипольное магнитное поле, как у стержневого магнита.
Магнитное поле Земли создается конвекцией электропроводящего жидкого железа во внешнем ядре, образуя диполь, который простирается от Северного до Южного полюса. Вот почему компасы направлены к полюсам.
Voyager 2 обнаружил, что у Урана и Нептуна отсутствует дипольное магнитное поле, вместо этого они демонстрируют неупорядоченные магнитные поля. Это говорит об отсутствии крупномасштабной конвекции в их глубоких недрах. Более 20 лет назад две исследовательские группы предположили, что планеты имеют несмешивающиеся слои , препятствующие конвекции и глобальному дипольному полю. Однако им нужна была помощь в определении того, из чего состоят эти несмешивающиеся слои.
Десять лет назад Милитцер попытался решить эту проблему, запустив компьютерное моделирование примерно со 100 атомами, используя известные пропорции углерода, кислорода, азота и водорода в ранней солнечной системе. При экстремальных давлениях и температурах, предсказанных для недр планет — в 3,4 миллиона раз больше атмосферного давления Земли и 4750 Кельвинов — он не смог найти способ образования несмешивающихся слоев.
Однако в прошлом году с помощью машинного обучения он смоделировал поведение 540 атомов и неожиданно обнаружил, что слои естественным образом образуются при нагревании и сжатии атомов.
Когда Милитцер моделировал гравитацию слоистого Урана и Нептуна, результаты почти совпадали с гравитационными полями, измеренными «Вояджером-2» почти 40 лет назад. Милитцер предсказывает, что под атмосферой Урана толщиной в 3000 миль находится богатый водой слой толщиной около 5000 миль, за которым следует богатый углеводородами слой такой же толщины с каменистым ядром размером примерно с Меркурий.
Несмотря на большую массу, Нептун меньше в диаметре и имеет более тонкую атмосферу , но также имеет похожие богатые водой и углеводородами слои. Его каменное ядро немного больше, примерно размером с Марс.
Источник: www.techexplorist.com
Источник
