Исследование: недра Урана и Нептуна имеют слоистую структуру
Два слоя, которые не смешиваются друг с другом, как масло и вода, могут сосуществовать под плотными голубоватыми водородными атмосферами газовых гигантов Урана и Нептуна. Об этом свидетельствует исследование, 26 ноября опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, проведенное учеными Калифорнийского университета в Беркли.
Команда под руководством Буркхарда Милитцера предложила новую теорию, описывающую самый глубокий слой под поверхностью двух газовых гигантов. Эта конфигурация позволяет точно объяснить необычные магнитные поля двух планет. По мнению исследователей, под облаками находится глубокий океан воды, под которым находится сжатая смесь из сжижженного диоксида углерода, азота и водорода.
Компьютерное моделирование показывает, что при температурах и давлениях недр планет смесь из воды, метана и жидкого аммиака естественным образом разделится на два слоя, главным образом потому, что водород будет вытеснен из метана и аммиака, которые составляют большую часть планетарного ядра. Наличие этих несмешивающихся между слоев может быть причиной того, почему ни Уран, ни Нептун не имеют магнитного поля, подобного земному.
«Теперь у нас есть хорошая теория относительно того, почему эти газовые гиганты так сильно отличаются от нашей планеты, — говорит Милитцер. — Эта конфигурация также может быть более распространена, чем мы думали, и встречаться в других звездных системах. Космические тела размером с Уран и Нептун среди наиболее распространенных экзопланет, открытых на сегодняшний день, поэтому их внутренний состав также может быть типовым».
Эксперты объясняют, что когда планета охлаждается от поверхности вниз, холодный, более плотный материал опускается, а пузырьки более горячей жидкости поднимаются вверх, как кипящая вода. Этот процесс называется конвекцией. Если внутренняя часть электропроводна, толстый слой конвективного материала будет генерировать биполярное магнитное поле, подобное полю стержневого магнита.
Биполярное поле Земли, созданное ее жидким внешним железным ядром, создает магнитное поле, которое простирается от Северного полюса до Южного полюса, и именно поэтому стрелки компаса указывают на полюса.
Космическая миссия «Вояджер-2» обнаружила, что Уран и Нептун не обладают дипольным полем, а лишь неорганизованными магнитными полями. Это означает, что конвективного движения вещества в толстом слое глубоко внутри планет нет. С помощью машинного обучения нейросетей исследовательская группа изучила поведение 540 атомов, моделируя условия внутри планет.
Авторы обнаружили, что слои образуются естественным путем, когда атомы нагреваются и сжимаются. Моделируя гравитацию Урана и Нептуна, так чтобы гравитационные поля соответствовали тем, которые были измерены зондом «Вояджер-2» около 40 лет назад.
«Под атмосферой Урана толщиной чуть менее 5000 километров, — комментирует Милитцер, — находится слой воды толщиной около 8000 километров, за которым следует столь же обширная углеводородная зона. Скалистое ядро достигает размеров Меркурия.
Хотя Нептун и массивнее Урана, он имеет меньший диаметр, более тонкую атмосферу, но одинаково толстые слои, богатые водой и углеводородами, а его ядро немного больше, чем у другого газового гиганта, и по размерам сравнимо с Марсом».
Команда ученых надеется проверить эти гипотезы с помощью лабораторных экспериментов. Авторы намерены использовать вычислительную модель для расчета того, как эта слоистая структура повлияет на планетарные вибрации.
