Каменистое сердце ледяных гигантов: Уран и Нептун имеют более динамичные недра, чем считалось ранее

Уран и Нептун часто называют "ледяными гигантами", но новая работа швейцарских исследователей добавляет в эту картину неожиданные детали: возможно, внутренности обеих планет куда более "каменистые", чем принято считать, а их недра могут быть динамичнее — с циркуляцией вещества, похожей на конвекцию.

Фото: Freepik by kjpargeter

Нептун

Это, в свою очередь, помогает по-новому взглянуть на их самые странные особенности — например, на необычные магнитные поля. Результаты опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

Почему Уран и Нептун вообще называют "ледяными гигантами"

Термин "ледяной гигант" появился из-за предполагаемого состава: по классической схеме Уран и Нептун должны содержать больше метана, воды и других летучих веществ, чем Юпитер и Сатурн. В условиях огромного давления внутри планет эти компоненты переходят в твёрдые или квазитвёрдые фазы, которые условно называют "льдом" — даже если это не лёд в бытовом смысле.

Долгое время удобная классификация выглядела так:

1. Каменистые планеты ближе к Солнцу (Меркурий, Венера, Земля, Марс).

2. Газовые гиганты (Юпитер, Сатурн) дальше, за "линией замерзания".

3. Ледяные гиганты (Уран, Нептун) ещё дальше, с "льдистыми" внутренностями.

Но исследователи из Цюрихского университета и NCCR PlanetS считают, что такая схема для Урана и Нептуна может быть слишком упрощённой.

Что именно ставит под сомнение новое исследование

Главная мысль работы: ядра Урана и Нептуна могут быть менее "ледяными” и более "каменистыми”, чем считалось. То есть внутренняя смесь, вероятно, не ограничивается преимущественно водой и "льдами", а может включать большую долю пород.

Вторая важная идея: в недрах планет может происходить конвекция, то есть циркуляция вещества. Это противопоставляется варианту, где внутренние слои стабильны и "слоёны" без активного перемешивания. Если внутри действительно идёт перемещение материала, это меняет представления о том, как там генерируются магнитные поля и как эволюционируют эти планеты.

Как они моделировали внутреннее строение

Уран и Нептун — самые плохо изученные большие планеты Солнечной системы: рядом с ними пролетал только Voyager 2 (в 1986 и 1989 годах). Поэтому большая часть знаний о внутреннем строении держится на моделях, которые "подгоняют" состав под наблюдаемые параметры.

Лука Морф и профессор Равит Хеллед предложили метод, который должен уменьшить зависимость от жёстких предположений. Они строили случайные профили плотности, затем вычисляли, какое гравитационное поле при таком устройстве должна иметь планета, и повторяли процесс много раз, пока модели не начинали согласовываться с тем, что реально наблюдается у Урана и Нептуна.

При чём здесь Плутон и почему его вспомнили

Авторы сопоставляют результаты с данными, которые указывают: Плутон по массе может быть примерно на 70% из горных пород и металлов и на 30% из воды. Этот пример нужен как напоминание, что в далёких областях Солнечной системы "льдистость" объектов не всегда означает доминирование воды или летучих веществ в массе — доля пород может быть очень высокой.

Что это объясняет в загадках Урана и Нептуна

У "ледяных гигантов" есть несколько особенностей, которые давно раздражают планетологов. Одна из ключевых — необычные магнитные поля, которые выглядят сложнее, чем у Земли или у Юпитера: у них выражена многополярность, а геометрия поля заметно "сдвинута" относительно центра.

Если внутри планет действительно:

1. больше каменистой компоненты, чем ожидали,

2. и возможна конвекция в определённых слоях,

то условия для работы "планетарного генератора" магнитного поля (динамо-механизма) могут быть совсем другими. Это не даёт окончательного ответа, но предлагает более реалистичный физический фон, на котором странные поля становятся менее мистическими.

Сравнение: "классический ледяной гигант" и модель Морфа-Хеллед

Классическая картинка часто подразумевала довольно прямую структуру: снаружи водородно-гелиевая оболочка, глубже — массивный слой "льдов", ещё глубже — небольшое каменистое ядро. Новое моделирование допускает, что каменистый вклад может быть существенно больше, а "ледяная" часть не обязана доминировать так сильно, как принято было рисовать в учебниках.

Популярные вопросы о "ледяных гигантах” и новом исследовании

Уран и Нептун — газовые или ледяные гиганты?

Формально их относят к гигантам с мощной атмосферной оболочкой, но "ледяными" их называют из-за ожидаемого высокого содержания летучих компонентов (вода, метан и др.) во внутреннем составе.

Что значит "ядро более каменистое"?

Это означает, что доля горных пород во внутренних областях может быть выше, чем предполагали модели, где доминировали "льды" (прежде всего вода).

Почему учёные вообще спорят о составе, если мы видим планеты в телескоп?

Потому что телескопы и пролётные миссии хорошо измеряют внешние параметры (атмосфера, поля, гравитация), а внутренности приходится восстанавливать по косвенным признакам.

Как конвекция внутри планеты связана с магнитным полем?

Магнитное поле обычно генерируется движением проводящей жидкости/материи внутри планеты. Если слои перемешиваются и циркулируют, это меняет работу "динамо" и может приводить к необычной структуре магнитного поля.

Значит ли это, что Уран и Нептун "не ледяные гиганты"?

Скорее, это означает, что ярлык может быть слишком грубым: они могут содержать много летучих веществ, но при этом иметь существенную каменистую составляющую и более сложную внутреннюю динамику.