Компьютерное моделирование раскрывает секреты планет-гигантов

Ледяные гиганты Уран и Нептун, расположенные на окраине Солнечной системы, кажутся многим малоинтересными. Даже их схожий зеленовато-голубой оттенок, открытый в этом году, не прибавил им популярности.

Фото: Wikimedia Commons by NASA/JPL-Caltech/B. Jónsson, https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Уран и Нептун

Однако новая гипотеза о том, что скрывается внутри Урана и Нептуна, способна перевернуть представления об этих планетах. Согласно исследованиям, под их густыми атмосферами из водорода и гелия находятся слои, не смешивающиеся друг с другом, наподобие нефти и воды. Эти открытия особенно важны, поскольку такие планеты считаются наиболее распространёнными во Вселенной, а значит, могут быть ключом к поиску жизни.

Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, основано на компьютерном моделировании. Учёные предполагают, что под облаками из водорода и гелия прячется океан воды, под которым расположен слой углеводородов. Эти слои, достигающие 8 тысяч километров в толщину, остаются раздельными из-за экстремальных температур и давления, которые "выталкивают" водород из аммиака и метана.

Долгое время считалось, что внутри ледяных гигантов могут идти "алмазные дожди". Теперь же исследователи предполагают, что в их недрах процессы совсем иные. Разделение слоёв объясняет также странные, хаотичные магнитные поля Урана и Нептуна. Такое поведение было впервые зафиксировано аппаратом "Вояджер-2" ещё в 1980-х годах, но с тех пор эти планеты не посещались ни одной миссией.

Разработкой новой теории занялся профессор из Калифорнийского университета в Беркли Буркхард Милитцер, который использовал достижения в области машинного обучения, чтобы создать компьютерную модель, которая симулировала взаимодействие атомов под воздействием тепла и давления.

"Я запустил модель и увидел, как вода отделяется от углерода и азота. То, что было невозможно 10 лет назад, сейчас стало реальностью", — отметил он.

Модель Милитцера также подтвердила, что её предсказания совпадают с данными "Вояджера-2". Учёный надеется, что будущая миссия NASA сможет проверить эти теории. Планируется отправить к Урану орбитальный аппарат с доплеровским тепловизором, который сможет фиксировать вибрации планеты и изучать её слои.

Кроме того, миссия предоставит шанс изучить спутники Урана. Например, Миранда, покрытая ледяной коркой, может скрывать океан под поверхностью, подобно Европе у Юпитера или Энцеладу у Сатурна. Это открывает возможность существования жизни на этих ледяных мирах.

Но время ограничено: чтобы миссия достигла Урана в кратчайшие сроки, запуск должен состояться до 2034 года, чтобы воспользоваться редким взаимным расположением планет. Гравитационная "рогатка" вокруг Юпитера сократит путь к Урану до 11 лет.

Уточнения

Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (англ. National Aeronautics and Space Administration, сокр. NASA (НАСА)) — независимое агентство федерального правительства США, находящееся в подчинении непосредственно президента США.

Ура́н — планета Солнечной системы, седьмая по удалённости от Солнца, третья по диаметру и четвёртая по массе.

Непту́н — восьмая и самая дальняя от Солнца планета Солнечной системы.

Мира́нда (англ  Miranda), известная также как Уран V — самый близкий и наименьший из пяти крупных спутников Урана.

Азо́т (химический символ — N, от лат. Nitrogenium) — химический элемент 15-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы пятой группы, VA) второго периода периодической системы Д. И. Менделеева с атомным номером 7.

Углеро́д (химический символ — C, от лат. Сarboneum) — химический элемент четырнадцатой группы второго периода (по устаревшей классификации — главной подгруппы четвёртой группы, IVA) периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 6.