Розгадка магнітної загадки Нептуна і Урана: чим ці планети відрізняються від Землі та Юпітера (фото)

В кінці 80-х років минулого століття космічний апарат NASA "Вояджер-2" провів дослідження найвіддаленіших планет Сонячної системи, Урана і Нептуна, з близької відстані. Прилади апарата виявили дещо дивне. Виявилося, що у двох крижаних гігантів немає дипольного магнітного поля. Натомість таке магнітне поле є у Землі, Юпітера та Сатурна. Автори дослідження, опублікованого в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences, змогли пояснити це дивне явище, пише Space.

Після створення планети щільні гарячі матеріали, що перебувають поблизу її поверхні, охолоджуються і опускаються в надра планети. У той же час більш гарячі матеріали, які знаходяться глибоко в надрах, піднімаються. У результаті процесу підйому та опускання матеріалів виникає конвекція, що призводить до змішування різних шарів планети.

Якщо внутрішня частина планети містить рідкий метал або воду та проводить електрику, то конвективний матеріал створює дипольне магнітне поле. Це схоже на магніт з двома полюсами. Завдяки цьому процесу було створено і підтримується глобальне магнітне поле Землі. Але у Урана і Нептуна немає дипольних магнітних полів.

Протягом останніх 20 років вчені пояснювали це тим, що різні шари матеріалу всередині крижаних гігантів не можуть змішуватися. Це означає, що будь-який конвективний рух зупиняється, і не створюються дипольні магнітні поля, як на Землі, Сатурні чи Юпітері.

Автори дослідження створили моделювання внутрішньої будови Урана і Нептуна на початковій стадії їх існування, включивши шари з вуглецю, кисню, азоту та водню. При цьому були відтворені ті тиск і температура, які на планетах існували мільярди років тому. Але це моделювання не показало, які чітко розділені шари містять крижані гіганти.

В іншому моделюванні вчені використали ті ж елементи і виявили, що шари цих планет природним чином формуються в процесі нагрівання та стиснення атомів. При цьому моделювання показало чітке розділення на шар води, а також шар з вуглецю та азоту.

Вчені дійшли висновку, що на Урані і Нептуні більш важкий шар, багатий вуглецем, знаходиться ближче до ядра планети, а більш легкий шар, багатий водою, — вище. Через це всередині цих планет не відбувається конвекція, адже шари не змішуються.

Автори дослідження вважають, що під атмосферою Урана завтовшки більше 4800 км знаходиться шар, багатий водою, завтовшки понад 8000 км. Нижче розташований шар, багатий вуглеводнями, також завтовшки приблизно 8000 км. Він покриває ядро Урана розміром з Меркурій. Діаметр Меркурія 4 880 км, а Урана — 50 724 км.

Хоча Нептун має більшу масу, ніж Уран, цей крижаній гігант трохи менший за свого сусіда за розміром і має більш щільну атмосферу. Вчені вважають, що у Нептуна також існує два окремі шари зі схожим складом і розмірами. При цьому всередині Нептуна знаходиться ядро розміром з Марс, що забезпечує планеті додаткову масу. Діаметр Марса 6 779 км, а Нептуна — 49 244 км.

Автори дослідження сподіваються перевірити свою теорію за допомогою космічних апаратів, які в майбутньому будуть запущені для дослідження Урана і Нептуна.