1515
Уран і Нептун зазвичай описують як майже «близнюків», однак нове дослідження свідчить, що їхня хімія, а отже й історія формування, можуть суттєво відрізнятися. Аналізуючи вміст газів в їхніх атмосферах, науковці дійшли висновку, що матеріал для цих крижаних гігантів походив із різних зон протопланетного диска навколо молодого Сонця, повідомляє Sci.News.
«Уран і Нептун можуть виглядати близнюками сьогодні, але їхня хімія каже нам, що вони радше як кузени з дуже різною історією», — пояснює Олів’є Музіс (Olivier Mousis) з Південно-Західного дослідницького інституту. За його словами, склад атмосфер цих планет може бути пов’язаний із різними ділянками протопланетного диска, де вони формувалися, тож їхня нинішня схожість може виявитися просто збігом.
Як вивчають глибини, куди зонди ще не долетіли
Уран і Нептун лише раз відвідував космічний апарат — це був Voyager 2 NASA у 1980-х роках. Через це їхній глибинний склад залишається значною мірою невідомим. Прямо дослідити глибокі шари атмосфер поки неможливо, тому команда використала непрямий підхід — хімічні «сліди» у верхніх шарах.
Ключовим маркером став чадний газ, або монооксид вуглецю (CO), виявлений в верхній тропосфері обох планет. Вважається, що цей газ утворюється глибоко всередині, де його хімія тісно пов’язана з водою, а потім піднімається вгору завдяки вертикальному перемішуванню атмосфери.
Моделюючи цей процес, дослідники «прокручують» еволюцію назад і оцінюють, скільки кисню має бути в глибших шарах. «Ми не можемо безпосередньо дістатися до глибинних атмосфер Урана і Нептуна, але хімічні трасери дозволяють нам досліджувати умови під їхніми видимими хмарами», — зазначає Музіс. Особливо корисним є саме чадний газ через його помітну кількість у верхній тропосфері.
Скільки кисню й вуглецю приховано в надрах
Для Урана команда використала нове вимірювання чадного газу з радіоінтерферометра ALMA. За оцінкою дослідників, його концентрація становить близько 5,6 частин на мільярд. На Нептуні рівень CO приблизно на два порядки вищий, тобто в сотні разів більший.
Коли в моделі дозволили вертикальному перемішуванню змінюватися з широтою, вчені оцінили, що Уран містить від 62 до 177 сонячних значень співвідношення кисню до водню, тоді як Нептун — від 222 до 342 таких значень. Для співвідношення вуглецю до кисню (C/O) отримали діапазон 0,06–0,52 для Урана і 0,02–0,12 для Нептуна.
Далі ці співвідношення порівняли з моделлю протопланетного диска навколо молодого Сонця. Верхня межа C/O для Урана виявилася близькою до сонячного значення, тоді як для Нептуна вона помітно нижча.
Різні «крижані лінії» — різні історії планет
Отримані дані вказують, що будівельний матеріал Нептуна міг формуватися поблизу так званої лінії водяного льоду — межі в диску, де вода переходить у твердий стан, і яка розташована ближче до Сонця. Натомість нижчі значення C/O для Урана узгоджуються з матеріалом, що виник усередині лінії метанового льоду, тобто в іншій зоні диска.
«Хімію Нептуна важко узгодити з ідеєю, що він сформувався там, де перебуває зараз, використовуючи той самий резервуар космічної речовини, що й Уран», — зазначає Музіс. За його словами, моделі радше вказують, що «цеглинки» Нептуна пройшли довгий шлях, перш ніж опинилися в області, де планета могла їх наростити.
У підсумку два на вигляд подібні світи могли досягти своїх нинішніх орбіт і будови через два дуже різні еволюційні шляхи.
Обмеження та значення для екзопланет
Автори наголошують, що через відсутність прямих вимірювань у глибоких шарах атмосфер Урана і Нептуна наше розуміння їхнього складу, внутрішньої будови та формування залишається фундаментально обмеженим. Поточні висновки спираються на моделювання та непрямі хімічні індикатори, тож потребують подальшої перевірки.
Водночас результати мають значення далеко за межами цих двох планет і навіть Сонячної системи. Планети, подібні за розміром до Урана й Нептуна, дуже поширені біля інших зір, тому саме ці крижані гіганти є важливими еталонами для розуміння того, як формуються й еволюціонують планети в галактиці.
Саме з цієї причини, підкреслюють дослідники, такі місії, як запланований NASA апарат Uranus Orbiter and Probe, який очікують запустити в наступному десятилітті, мають ключове значення. Вони зможуть вперше безпосередньо дослідити глибокі шари атмосфери й уточнити сценарії формування цих крижаних гігантів.
Робота з описом контрастних співвідношень C/O в Урані та Нептуні опублікована в журналі Astronomy & Astrophysics.
Уран і Нептун сформувалися з різних зон молодого Сонця з’явилася спочатку на Цікавості.
