Timp de decenii, Uranus și Neptun au fost clasificate drept „giganți de gheață”, dar un nou studiu aflat în evaluare la The Astrophysical Journal răstoarnă această ipoteză. Oamenii de știință sugerează că sub atmosferele lor dense nu se află gheață, ci amestecuri fierbinți de rocă, fier și hidrogen sub forma unor oceane de magmă supercritică.
Un studiu preliminar arată că Uranus și Neptun ar putea conține amestecuri fierbinți de rocă, fier și hidrogen sub atmosferele lor exterioare dense — fără a contrazice totuși ceea ce observă oamenii de știință privind dimensiunea, masa, gravitația, căldura și atmosferele lor.
Această reevaluare fundamentală a compoziției pentru cele două planete nu modifică doar manualele despre Sistemul Solar, ci oferă astronomilor indicii cruciale despre modul în care se formează exoplanetele de dimensiuni similare din întreaga galaxie.
Sunt Uranus și Neptun giganți de gheață? De ce astronomii cer o schimbare de paradigmă
Ravit Helled, om de știință planetar la Universitatea din Zurich, a declarat că denumirea de „gigant de gheață” este „puțin înșelătoare”. „Nu știm cu adevărat din ce sunt alcătuite aceste planete”, a spus Helled.
Jonathan Fortney, astrofizician planetar la Universitatea din California, Santa Cruz (UC Santa Cruz), a adăugat că dovezile privind existența unor interioare profund înghețate sunt „toate indirecte, toate circumstanțiale”. „Oamenii au avut mereu în minte această idee: că planetele ar putea fi mai complexe”, a adăugat Fortney.
Corpurile mici din partea exterioară a Sistemului Solar par să conțină mai multă rocă și mai puțină gheață decât presupuneau modelele mai vechi.
„Avem aceste exemple chiar în propriul nostru Sistem Solar și ne dăm seama că nu știm din ce sunt alcătuite”, a spus Helled.
Întrebarea are importanță dincolo de vecinătatea noastră planetară, fiindcă lumile mai mici decât Neptun sunt frecvente în jurul altor stele.
Edward Young este om de știință specializat în științe planetare la Universitatea din California, Los Angeles (UCLA). „Ne-am gândit: ei bine, de ce ar trebui ca formarea uriașilor de gheață și a planetelor sub-Neptun să fie fundamental diferită?”, a spus Young.
Un ocean de magmă în care roca și hidrogenul se amestecă
În noul model, căldura și presiunea intense permit rocii silicatice — formată din minerale care conțin siliciu și oxigen — să se amestece cu fierul și cu hidrogenul într-un singur material fluid.
Autorii îl numesc „ocean de magmă supercritică”: amestecul este atât de fierbinte și de comprimat încât granițele obișnuite dintre lichid și gaz nu mai sunt valabile.
„O regândire a astrofizicii și a condițiilor în care s-au format aceste planete”, a spus Young.
Această magmă nu ar semăna cu lava dintr-un vulcan terestru, fiindcă ar conține cantități mari de hidrogen și ar rămâne captivă sub o atmosferă densă.
Cum au fost construite și testate modelele
Echipa a construit versiuni computerizate ale ambelor planete, sub formă de straturi dispuse de la centru spre exterior. Cercetătorii au ajustat trei caracteristici: presiunea la punctul de contact dintre oceanul de magmă și atmosferă, cantitatea totală de hidrogen și un strat care încetinește ascensiunea căldurii.
Fiecare versiune a fost testată în raport cu șase proprietăți, între care raza, temperatura, căldura internă și mici variații ale gravitației care dezvăluie cum este distribuită masa în interiorul unei planete.
Modelul lui Neptun care s-a potrivit cel mai bine conținea aproximativ 13% hidrogen în masă, iar modelul lui Uranus, aproximativ 14%. În ambele cazuri, oceanul de magmă ocupa aproximativ trei sferturi din raza planetei și era acoperit de un înveliș bogat în hidrogen.
Unde modelele se potrivesc și unde nu
Modelul lui Uranus s-a potrivit bine cu observațiile, deși o valoare a gravitației depindea puternic de corecții incerte privind vânturile de adâncime.
Modelul lui Neptun s-a potrivit cu majoritatea observațiilor, dar temperatura sa modelată la o presiune atmosferică standard era cu aproximativ 12 grade Celsius prea ridicată.
Modelul a atribuit lui Uranus un strat de izolare termică mai gros decât cel al lui Neptun, ceea ce poate explica de ce Uranus eliberează mult mai puțină căldură internă. Echipa a ajustat însă acel strat pentru a se potrivi cu datele privind căldura, așa că rezultatul nu dovedește de ce Uranus este neobișnuit de slab luminos.
Chimia atmosferei oferă un alt indiciu
Modelul a generat și o atmosferă bogată în metan și hidrogen sulfurat — un gaz care conține sulf — dar extrem de săracă în amoniac.
Rezultatul seamănă în mare măsură cu observațiile și s-ar putea datora faptului că azotul se dizolvă în amestecul topit din adâncuri, în timp ce metanul rămâne în atmosferă.
Apa se poate forma acolo unde hidrogenul reacționează cu materialul stâncos fierbinte, astfel încât apa actuală a unei planete nu oferă o indicație simplă asupra locului în care s-a format. În atmosfera superioară rece, apa s-ar condensa mult sub norii vizibili, ceea ce o face greu de detectat de la distanță.
Legătura cu planetele sub-Neptun din jurul altor stele
Articolul leagă Uranus și Neptun de planetele de tip sub-Neptun din jurul altor stele. Un calcul simplu privind formarea planetelor a arătat că lumile mai mari, aflate în creștere, pot acumula mai mult hidrogen — ceea ce plasează planetele exterioare aproape de capătul cu masă mare al aceleiași familii.
Alte structuri interioare rămân plauzibile
Roberto Tejada Arevalo, doctorand în astrofizică la Universitatea Princeton, a modelat, la rândul lui, posibile structuri interioare pentru Uranus și Neptun. „Există atât de multe mistere legate de aceste planete”, a spus Tejada Arevalo. Modelele sale separate permit amestecarea rocilor, gheții și gazelor în moduri care ar putea corespunde, de asemenea, căldurii planetelor și altor proprietăți ale acestora.
Uri Malamud, cercetător în științe planetare la Technion – Institutul de Tehnologie din Israel, a propus o imagine diferită a ceea ce s-ar putea afla în interiorul celor două planete. „Sunt doar idei diferite despre ce ar putea fi posibil”, a spus Malamud. Cercetarea sa indică prezența unui material bogat în metan și a unui interior mai stratificat, în care roca rămâne mai separată.
Vanesa Ramírez, doctorandă în astronomie la Universitatea din Leiden, a examinat și ea ce ar putea conține Uranus și Neptun. „Încă suntem în procesul de a descoperi aceste planete”, a spus Ramírez. Modelarea ei sugerează că ambele lumi ar putea fi formate din rocă în proporție de peste 60%, în timp ce măsurătorile recente efectuate cu telescopul permit încă mai multe aranjamente interne.
Rezultatul privind „oceanul de magmă” arată, așadar, că interioarele fără straturi mari de gheață se potrivesc cu datele actuale — nu că imaginea tradițională a fost exclusă. Proprietățile materialelor rămân incerte, iar articolul estimează o incertitudine de aproximativ 2% în ceea ce privește cantitățile de hidrogen.
O misiune dedicată ar putea lămuri chestiunea
Deoarece nicio sondă spațială modernă nu a mai vizitat Uranus și Neptun de la survolul istoric al navei Voyager 2 din anii ’80, cercetătorii sunt obligați să folosească simulări computerizate pentru a deduce presiunea și căldura internă.
Voyager 2 a furnizat singurele măsurători de aproape ale lui Uranus și Neptun, iar acele vizite scurte au avut loc acum aproximativ patru decenii.
O sondă orbitală dedicată și o sondă atmosferică ar putea măsura gravitația, câmpurile magnetice, vânturile, temperaturile și gazele cu mai multe detalii. „Avem cu adevărat nevoie de o misiune emblematică pentru a pune cap la cap toate aceste piese ale puzzle-ului”, a spus Ravit Helled.
Măsurători mai precise ar putea distinge modelele care, în prezent, produc răspunsuri similare pe baza unor date limitate.
Până și denumirea e în dezbatere
Edward Young preferă denumirea de „giganți miscibili”, referindu-se la materiale care se pot amesteca între ele. Uri Malamud a sugerat „subgiganți”, iar Vanesa Ramírez preferă „giganți minori”.
Ravit Helled a propus „giganți externi”, iar Roberto Tejada Arevalo preferă „giganți metalici”, folosind termenul astronomic pentru elementele mai grele decât hidrogenul și heliul.
„Am fost 10 persoane într-o cameră timp de o săptămână. Nu am căzut de acord asupra unor denumiri mai bune”, a spus Fortney.
Deocamdată, denumirea familiară rămâne utilă, dar nu ar trebui confundată cu o descriere confirmată a ceea ce se află sub nori. Doar noi observații pot arăta dacă Uranus și Neptun sunt lumi cu oceane de magmă. Până la aprobarea și lansarea unei noi misiuni spațiale dedicate, adevărata natură a planetelor gigantice rămâne unul dintre marile mistere ale astrofizicii contemporane, demonstrând că încă nu cunoaștem pe deplin nici măcar marginea propriului nostru Sistem Solar.
Studiul este publicat ca preprint pe arXiv și se află în curs de evaluare pentru a fi publicat în The Astrophysical Journal.
Ce s-a mai descoperit în Univers?
O forță ascunsă a materiei întunecate ar frâna creșterea structurilor cosmice, nu ar accelera-o
Roverul Curiosity a găsit pe Marte un câmp de fracturi poligonale care se întinde până la orizont
O rachetă SpaceX s-a ciocnit de Lună, iar telescoapele au surprins norul de sodiu și litiu
Venus ar putea fi mai vie decât ne închipuiam, iar dovada stă în lățimea crăpăturilor ei
