Ученые из Калифорнийского университета в Беркли выдвинули новую гипотезу о внутреннем строении Урана и Нептуна. Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), предполагает, что внутренности этих ледяных гигантов состоят из слоистых структур, которые не смешиваются, подобно нефти и воде.
Исследование предлагает альтернативу более ранним теориям о составе внутренних слоев Урана и Нептуна. Согласно новым данным, под водородно-гелиевыми атмосферами планет скрывается глубокий океан, состоящий из воды, а ниже находится слой сильно сжатой жидкости, включающей углерод, азот и водород. Эти два слоя не могут смешиваться из-за того, что водород отделяется от метана и аммиака, образуя четкие границы между слоями.
Для проверки этой гипотезы исследователи использовали компьютерное моделирование, что позволило им изучить поведение атомов при условиях, характерных для недр планет. Моделирование включало более 500 атомов с пропорциями углерода, кислорода, азота и водорода, что дало возможность точно предсказать, как вещества разделяются при давлении в 3,4 миллиона раз выше земного и температуре около 4750 кельвинов. Ранее подобные расчеты были невозможны из-за ограничений вычислительных ресурсов.
Ученые обнаружили, что в таких экстремальных условиях вода отделяется от углерода и азота, формируя два отдельных слоя: верхний, богатый водой, и нижний, насыщенный углеводородами. Этот процесс приводит к устойчивому разделению слоев, исключая возможность их смешивания. Верхний водный слой, вероятно, подвержен конвекции, что вызывает формирование неупорядоченного магнитного поля, тогда как нижний углеводородный слой остается стабильным.
Результаты компьютерного моделирования совпадают с гравитационными данными, полученными миссией «Вояджер-2» более 40 лет назад. Это подтверждает гипотезу о наличии слоистого строения внутренних частей Урана и Нептуна, отличающегося от строения газовых гигантов, таких как Юпитер и Сатурн. Ученые считают, что такие слоистые структуры могут быть характерны и для экзопланет, схожих по размеру с ледяными гигантами.
Исследователи планируют дальнейшие лабораторные эксперименты для проверки своих результатов при чрезвычайно высоких температурах и давлениях. Также они надеются, что будущая миссия НАСА к Урану сможет подтвердить гипотезу с помощью доплеровского визуализатора, который позволит измерить вибрации планеты и определить ее внутреннюю структуру.