Алмазный дождь отменяется? Ученые предлагают новую теорию строения Урана и Нептуна

Уран и Нептун, ледяные гиганты нашей Солнечной системы, хранят множество тайн. Одна из них — необычная природа их магнитных полей, которые, в отличие от четко выраженных дипольных полей Земли или Юпитера, имеют сложную, многополюсную структуру. Почему так происходит? Долгое время ученые ломали голову над этим вопросом, выдвигая различные гипотезы. Новое исследование, опубликованное в PNAS, предлагает неожиданный ответ: разгадка кроется в фазовом разделении «ледяного коктейля» в недрах этих планет.

Ранее считалось, что мощное магнитное поле планеты генерируется в толстом внутреннем слое. Однако, если магнитное поле Урана и Нептуна рождается в тонком внешнем слое, его многополюсная структура становится объяснимой. Но что представляет собой этот слой и из чего он состоит?

Авторы исследования с помощью компьютерного моделирования показали, что смесь воды (H₂O), метана (CH₄) и аммиака (NH₃), из которых предположительно состоят недра ледяных гигантов, при высоких давлениях и температурах, характерных для этих планет, расслаивается. В результате образуется два отдельных слоя: верхний, богатый водой, и нижний, состоящий преимущественно из смеси углерода, азота и водорода (C-N-H).

Дальнейшее моделирование показало еще более интересную деталь. Оказывается, с ростом давления в нижнем слое происходит постепенное «выжимание» водорода из C-N-H соединения. Это создает градиент концентрации водорода, делая нижний слой стабильно стратифицированным. Иначе говоря, в нем затруднены вертикальные перемещения вещества, что делает этот слой «магнитного немым».

В то же время, верхний, богатый водой слой, остается однородным и конвективным. Именно в нем, по мнению исследователей, и генерируется магнитное поле. Часть водорода, высвободившегося из нижнего слоя, растворяется в воде верхнего слоя, повышая его электропроводность и способствуя возникновению магнитного поля.

Для проверки своей гипотезы ученые создали модели внутреннего строения Урана и Нептуна, учитывающие фазовое разделение «ледяного коктейля». Эти модели не только воспроизвели наблюдаемые характеристики гравитационных полей планет, но и показали, что толщина генерирующего магнитное поле слоя соответствует данным о магнитных полях, полученным с «Вояджера-2».

Это исследование предлагает новый взгляд на внутреннюю структуру ледяных гигантов и объясняет загадку их необычных магнитных полей. Полученные результаты могут быть проверены будущими миссиями к Урану, которые смогут более точно измерить состав и структуру его атмосферы и, возможно, даже заглянуть в его таинственные недра.