Американский ученый смоделировал глубинные слои Урана и Нептуна, не смешивающиеся друг с другом и препятствующие созданию дипольного магнитного поля. По словам автора, верхний слой Урана и Нептуна состоит из воды, а нижний — из углерода, азота и водорода. Будущие миссии к этим планетам помогут проверить гипотезу. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Дипольное магнитное поле Земли, полагают ученые, появилось благодаря конвекции. Это процесс, при котором внутренняя тепловая энергия переносится потоками вещества внутри планеты. На Земле конвекция возможна благодаря раскаленному и расплавленному железному ядру. Однако у Урана и Нептуна магнитное поле не дипольное, а квадрупольное, то есть на планетах существуют сразу два северных и два южных магнитных полюса.
Около 20 лет назад исследователи предположили, что Уран и Нептун должны иметь слои, которые не смешиваются друг с другом, что препятствует созданию дипольного магнитного поля. С помощью моделирования они пытались воссоздать формирование и состав таких слоев, однако ничего не получилось.
© Burkhard Militzer, UC Berkeley
Теперь американский ученый решил повторно смоделировать глубинные слои Урана и Нептуна. Он разработал компьютерную модель машинного обучения, имитирующую поведение 540 атомов, и обнаружил, что слои формируются естественным образом — во время нагревания и сжимания атомов.
«Однажды я посмотрел на модель и увидел, что вода отделилась от углерода и азота. То, что я не мог сделать 10 лет назад, происходило сейчас. Я подумал: "Ух ты! Теперь я знаю, почему образуются слои: один богат водой, а другой — углеродом, а на Уране и Нептуне богатая углеродом система находится ниже. Тяжелая часть остается внизу, а более легкая — сверху, и конвекция невозможна"», — рассказал Буркхард Милитцер, автор исследования из Калифорнийского университета, США.
По словам ученого, под атмосферой Урана толщиной в 4–5 тысяч километров находится слой в 8 тысяч километров из воды, а еще ниже — слой сильно сжатой жидкости из углерода, азота и водорода такой же толщины. Каменистое ядро Урана имеет радиус 2,4 километра, что примерно равно радиусу Меркурия.
Хотя Нептун массивнее Урана и у него более тонкая атмосфера, слои распределены у него так же. Его каменистое ядро немного больше и по размеру эквивалентно Марсу с диаметром 6,7 тысяч километров.
С помощью компьютерного моделирования ученый показал, что при определенных температурах и давлении в недрах планет смесь воды, метана и аммиака естественным образом разделилась на два слоя — в основном потому, что водород выделился из метана и аммиака, составляющего большую часть недр. Исследователь также смоделировал гравитацию планет с учетом своих выводов. Результаты совпали с данными миссии Voyager 2 в конце 1980-ых годов.
