مطالعه‌ای جدید نشان می‌دهد که چرا اورانوس و نپتون ممکن است «غول‌های یخی» نباشند؟

-; غول های یخی به این معناست که اورانوس و نپتون حاوی مقادیر بیشتری متان، آب و سایر مواد فرار نسبت به همتایان بزرگتر خود (مشتری و زحل) هستند. با توجه به شرایط فشار داخل این سیارات، این عناصر جامد می شوند و عملا به «یخ» تبدیل می شوند. با این حال، تحقیقات جدید دانشگاه زوریخ (UZH) و مرکز ملی تعالی تحقیقات سیاره ای (NCCR PlanetS) درک ما از فضای داخلی این سیارات را به چالش می کشد.

بر اساس یافته های تیم تحقیقاتی منتشر شده در این ماه در مجله نجوم و اخترفیزیک بر اساس آنچه منتشر شده است، هسته های اورانوس و نپتون ممکن است سنگی تر و کمتر از آنچه قبلا تصور می شد “یخی” باشند.

تصاویر وویجر 2 از اورانوس (سمت چپ) و نپتون. (NASA/JPL-Caltech)

همرفت در قلب غول های یخی؟

علاوه بر این، تحقیقات آنها نشان می دهد که داخل این سیارات ممکن است دارای همرفت باشد. فرآیندی که در آن مواد به گردش در می‌آیند (مشابه آنچه در زمین از طریق فعالیت‌های تکتونیکی اتفاق می‌افتد)، به جای اینکه در یک حالت پایدار و غیرقابل جابجایی باقی بمانند. به گفته محققان، این احتمالات می تواند برخی از ویژگی های مرموز “غول های یخی” را توضیح دهد.

از نظر تاریخی، دانشمندان سیارات منظومه شمسی را بر اساس ترکیب و فاصله آنها از خورشید به سه گروه جداگانه تقسیم کردند.

این دسته شامل سیارات زمینی (صخره ای) – عطارد، زهره، زمین و مریخ – سیارات گازی – مشتری و زحل – و سیارات یخی – اورانوس و نپتون است.

مطالعه جدیدی توسط دانشجوی دکترا، لوکا مورف و پروفسور راویت هلد از دانشگاه زوریخ و NCCR PlanetS این چارچوب را به چالش می کشد.

در میان سیارات منظومه شمسی، دانش ما از اورانوس و نپتون کمترین است. به این دلیل که تنها یک ماموریت، وویجر 2، آنها را از نزدیک زیر نظر گرفته است (به ترتیب در سال های 1986 و 1989).

مدل سازی جدید فضای داخلی سیاره ها

مورف و هلد فرآیند منحصر به فردی را برای شبیه سازی فضای داخلی اورانوس و نپتون توسعه دادند که ترکیبات فراتر از مدل های غنی از آب را در نظر گرفت. این کار شامل تولید پروفایل های چگالی تصادفی و سپس محاسبه میدان گرانشی حاصل می شود. آنها این فرآیند را چندین بار تکرار کردند تا به نتایجی مطابق با داده های رصدی اورانوس و نپتون برسند.

مورف در بیانیه ای از دانشگاه زوریخ توضیح داد:

“طبقه بندی غول های یخی بسیار ساده است زیرا اورانوس و نپتون هنوز به خوبی شناخته نشده اند. مدل های مبتنی بر فیزیک مفروضات زیادی دارند و مدل های تجربی بسیار ساده هستند. ما این دو رویکرد را برای رسیدن به مدل هایی از فضای داخلی سیاره ای ترکیب کردیم که بی طرفانه، بی طرفانه و از نظر فیزیکی سازگار هستند.”

نتایج آنها نشان می دهد که ترکیب داخلی این سیارات به یخ (عمدتاً آب) محدود نمی شود، بلکه ممکن است بیشتر از سنگ تشکیل شده باشد.

این نتایج با یافته های تلسکوپ فضایی هابل و ماموریت افق های جدید مطابقت دارد. نتایج نشان می دهد که ترکیب پلوتون از حدود 70 درصد سنگ و مواد معدنی و 30 درصد آب تشکیل شده است.

این مطالعه همچنین توضیحات احتمالی را برای میدان های مغناطیسی مرموز اورانوس و نپتون ارائه می دهد. زمین های حاوی بیش از دو قطب.

در قراردادی در این باره آمده است:

این سوالی است که ما برای اولین بار حدود 15 سال پیش پرسیدیم و اکنون چارچوب عددی برای اثبات آن داریم.

وی افزود:

“مدل های ما حاوی لایه هایی از به اصطلاح “آب یونی” هستند که ژنراتورهای مغناطیسی را در مناطقی ایجاد می کنند که میدان های مغناطیسی غیر دوقطبی مشاهده شده را توضیح می دهند. ما همچنین دریافتیم که میدان مغناطیسی اورانوس، در مقایسه با نپتون، از عمق بیشتری سرچشمه می گیرد.”

طبیعتاً تردیدهایی در مورد این مدل وجود دارد که بر لزوم انجام ماموریت های آینده برای بررسی بیشتر «غول های یخی» تاکید می کند.

در عین حال، این نتایج جدید سناریوهای جدیدی را ارائه می دهد و فرضیات دیرینه در مورد ترکیب داخلی سیارات غول پیکر را به چالش می کشد. این نتایج همچنین می تواند راهنمای مطالعات آینده در علم مواد در مورد شرایط سیاره ای و رفتار ماده در شرایط شدید باشد.

برگزار شد، نتیجه گرفت:

بسته به مفروضات مدل، اورانوس و نپتون می‌توانند غول‌های سنگی یا غول‌های یخی باشند. «داده‌های کنونی برای تمایز بین این دو کافی نیست، بنابراین ما به مأموریت‌های اختصاصی برای اورانوس و نپتون نیاز داریم تا ماهیت واقعی آنها را آشکار کنیم.»