Астрономы, внимательно изучающие Уран, полагают, что он может быть заполнен гораздо большим количеством метана, чем мы думали ранее. Статья с результатами нового исследования размещена на arXiv.
Уран и Нептун часто называют ледяными гигантами, причем ученые полагают, что они в основном состоят из «ледяных» материалов, таких как вода, метан и аммиак, окружающих горячее каменное ядро. Одна из причин, по которой астрофизики считают, что это так, заключается в том, что регион, в котором они образовались, вероятно, был богат необходимыми компонентами, отсюда и ожидание большого количества воды и льда.
«Первые модели Урана и Нептуна были построены на основе предположения, что они образовались во внешних частях примитивной протопланетной туманности, где содержание элементов считалось солнечным», — говорится в новой статье. «Таким образом, предполагая химическое равновесие, ранние исследования использовали расчеты ожидаемого относительного содержания молекул, чтобы оценить потенциальный состав планет, сформировавшихся в этом регионе».
Уран не пользовался особой любовью со стороны НАСА, и зонд «Вояджер-2» посетил его только один раз. Затем тот же зонд отправился к Нептуну, обеспечив гораздо более качественные наблюдения за планетами, чем позволяют наземные и космические телескопы вблизи Земли. Когда модели Урана и Нептуна сравнили с нашими ограниченными наблюдениями за планетами, оказалось, что они соответствуют тому, что мы видели вблизи.
Хотя это может показаться закрытым вопросом о составе планет, оставалось еще немного астрономической загадки, которую нужно было разгадать. Объекты пояса Койпера богаты огнеупорными материалами, богатыми органическими веществами, и относительно бедны водой, что позволяет предположить, что планеты должны содержать больше огнеупорных материалов, чем материалов, образующих лед. Так почему же более ранние модели соответствуют тому, что мы наблюдаем? По мнению команды, может быть только два варианта: бедные льдом строительные блоки могут привести в результате некоторых процессов к планете, богатой льдом, или потребуется новая модель, при которой планеты будут иметь более каменистую внутреннюю часть, чем мы думали.
Команда создала сотни тысяч моделей планет, варьируя химический состав в начальных условиях, пока не появились планеты, близкие по массе и строению к Урану и Нептуну. Они обнаружили, что модели, которые подходят лучше всего, имеют внутреннюю часть, содержащую не менее 10 процентов метана, и более 20 процентов в моделях, которые также имеют большую массовую долю воды/камни. В этих моделях метана в недрах планет может быть больше, чем воды.
«Это трудность, потому что CH 4, конечно, не так распространен в современной Солнечной системе и обычно составляет очень небольшую долю по сравнению с водой», — пишут ученые. «Мы предполагаем, что богатые органическими веществами огнеупоры достаточно распространены во внешних планетезималях солнечной системы, чтобы вызывать химические реакции в атмосферах Урана и Нептуна, которые во время фазы роста планет могут производить необходимый метан».
Толстый слой метана, вероятно, образовался в результате химических реакций, которые происходили, когда богатые углеродом планетезимали сталкивались с растущей планетой, и углерод реагировал под сильным нагревом и давлением с водородом.
Модель могла бы в некоторой степени объяснить, как богатая льдом планета образовалась в области нашей Солнечной системы, заполненной объектами с низким содержанием воды. Хотя эти модели могут подойти, нам нужно больше наблюдений за гигантами, чтобы узнать об их составе.
Короче говоря, нам нужно будет поближе взглянуть на Уран.
