_ Omul de știință planetar propune o teorie alternativă pentru ce se află sub suprafețele lui Uranus și Neptun

Ploaia de diamante? Apă superionică? Acestea sunt doar două propuneri pe care oamenii de știință planetar le-au venit pentru ceea ce se află sub atmosferele groase, albăstrui, de hidrogen și heliu ale lui Uranus și Neptun, giganții de gheață unici, dar superficial blând din sistemul nostru solar.

Un om de știință planetar de la Universitatea din California, Berkeley, propune acum o teorie alternativă - că interioarele ambelor planete sunt stratificate și că cele două straturi, cum ar fi uleiul și apa, nu se amestecă. Această configurație explică clar câmpurile magnetice neobișnuite ale planetelor și implică faptul că teoriile anterioare ale interioarelor este puțin probabil să fie adevărate.

Într-o lucrare apărută în jurnalul Proceedings of the National Academy of Sciences, Burkhard Militzer susține că un ocean adânc de apă se află chiar sub straturile norilor și, mai jos, un fluid puternic comprimat de carbon, azot și hidrogen.

Simulările pe computer arată că, la temperaturile și presiunile din interiorul planetelor, o combinație de apă (H2O), metan (CH3) și amoniac (NH3) s-ar separa în mod natural în două straturi, în primul rând pentru că hidrogenul ar fi stors din metanul și amoniacul care cuprind o mare parte din interiorul adânc.

Aceste straturi nemiscibile ar explica de ce nici Uranus nu nici Neptun nu are un câmp magnetic ca al Pământului. Aceasta a fost una dintre descoperirile surprinzătoare despre giganții de gheață ai sistemului nostru solar făcute de misiunea Voyager 2 la sfârșitul anilor 1980.

„Acum, aș spune, avem o teorie bună de ce Uranus și Neptun sunt cu adevărat diferite. câmpuri și este foarte diferit de Pământ, Jupiter și Saturn”, a spus Militzer, profesor de științe planetare și Pământului la UC Berkeley. „Nu știam acest lucru înainte. Este ca uleiul și apa, cu excepția faptului că uleiul scade dedesubt pentru că se pierde hidrogenul.”

Dacă alte sisteme stelare au compoziții similare cu ale noastre, a spus Militzer, giganții de gheață în jurul acestora stelele ar putea avea structuri interne similare. Planetele de mărimea lui Uranus și Neptun – așa-numitele planete sub-Neptun – sunt printre cele mai frecvente exoplanete descoperite până în prezent.

Pe măsură ce o planetă se răcește de la suprafață în jos, materialul rece și mai dens se scufundă, în timp ce stropi de fluid mai fierbinte se ridică ca apa clocotită – un proces numit convecție. Dacă interiorul este conducător electric, un strat gros de material convectiv va genera un câmp magnetic dipol similar cu cel al unui magnet de bară.

Câmpul dipol al Pământului, creat de miezul său lichid exterior de fier, produce un câmp magnetic. care circulă de la Polul Nord la Polul Sud și este motivul pentru care busolele îndreaptă spre poli.

Dar Voyager 2 a descoperit că niciunul dintre cei doi giganți de gheață nu are astfel de un câmp dipol, doar câmpuri magnetice dezorganizate. Acest lucru implică faptul că nu există o mișcare convectivă a materialului într-un strat gros în interioarele adânci ale planetelor.

Pentru a explica aceste observații, două grupuri de cercetare separate au propus acum mai bine de 20 de ani că planetele trebuie să aibă straturi care pot Nu se amestecă, prevenind astfel convecția la scară largă și un câmp magnetic dipolar global. Cu toate acestea, convecția într-unul dintre straturi ar putea produce un câmp magnetic dezorganizat. Dar niciunul dintre grupuri nu a putut explica din ce sunt alcătuite aceste straturi care nu se amestecă.

Acum zece ani, Militzer a încercat în mod repetat să rezolve problema, folosind simulări computerizate a aproximativ 100 de atomi cu proporțiile de carbon, oxigen, azot. și hidrogenul care reflectă compoziția cunoscută a elementelor din sistemul solar timpuriu.

La presiunile și temperaturile prezise pentru interioarele planetelor — de 3,4 milioane de ori mai mari decât cele ale Pământului. presiunea atmosferică și, respectiv, 4.750 Kelvin (~8.000 ° F), el nu a putut găsi o modalitate de formare a straturilor.

Totuși, anul trecut, cu ajutorul învățării automate, a reușit să ruleze un model pe computer care simulează comportamentul a 540 de atomi și, spre surprinderea sa, a descoperit că straturile se formează în mod natural pe măsură ce atomii sunt încălziți și comprimat.

"Într-o zi, m-am uitat la model și apa se separase de carbon și azot. Ceea ce nu puteam face acum 10 ani se întâmpla acum", a spus el. „M-am gândit: „Uau! Acum știu de ce se formează straturile: unul este bogat în apă, iar celălalt este bogat în carbon, iar în Uranus și Neptun, sistemul bogat în carbon este dedesubt. Partea grea rămâne în de jos, iar partea mai ușoară rămâne deasupra și nu poate face nicio convecție.'"

"Nu aș putea descoperi asta fără a avea un sistem mare de atomi și sistemul mare nu l-am putut simula. Acum 10 ani”, a adăugat el.

Cantitatea de hidrogen stors crește odată cu presiunea și adâncimea, formând un strat stratificat stabil carbon-azot-hidrogen, aproape ca un polimer plastic, a spus el. În timp ce stratul superior, bogat în apă, probabil convecţionează pentru a produce câmpul magnetic dezorganizat observat, stratul mai profund, stratificat, bogat în hidrocarburi nu poate.

Când a modelat gravitaţia produsă de un Uranus şi Neptun stratificat, gravitaţia câmpurile se potriveau cu cele măsurate de Voyager 2 acum aproape 40 de ani.

„Dacă îi întrebați pe colegii mei: „Ce faci Cred că explică câmpurile lui Uranus și Neptun? ei pot spune: „Ei bine, poate este această ploaie de diamante, dar poate este această proprietate a apei pe care o numim superionică”, a spus el. „Din perspectiva mea, acest lucru nu este plauzibil. Dar dacă avem această separare în două straturi separate, asta ar trebui să explice.”

Militzer prezice că sub atmosfera groasă a lui Uranus de 3.000 de mile se află o apă- strat bogat de aproximativ 5.000 de mile grosime și sub acesta un strat bogat în hidrocarburi, de asemenea, aproximativ 5.000 de mile grosime. Miezul său stâncos are aproximativ dimensiunea planetei Mercur.

Deși Neptun este mai masiv decât Uranus, are un diametru mai mic, cu o atmosferă mai subțire, dar straturi la fel de groase, bogate în apă și hidrocarburi. Miezul său stâncos este puțin mai mare decât cel al lui Uranus, aproximativ de dimensiunea lui Marte.

El speră să lucreze cu colegii care pot testa prin experimente de laborator la temperaturi și presiuni extrem de ridicate dacă se formează straturi în fluide cu proporțiile de elemente găsite în sistemul protosolar.

O misiune propusă de NASA la Uranus ar putea oferi, de asemenea, o confirmare, dacă nava spațială are la bord un aparat de imagine Doppler pentru a măsura vibrațiile planetei. O planetă stratificată ar vibra la frecvențe diferite decât o planetă în convecție, a spus Militzere.

Următorul său proiect este să folosească modelul său de calcul pentru a calcula modul în care vibrațiile planetare ar diferi.

(Fluierul)