مطالعه‌ای جدید نشان می‌دهد که چرا اورانوس و نپتون ممکن است «غول‌های یخی» نباشند؟

با وجود اینکه از نظر فنی اورانوس و نپتون در رده‌ی غول‌های گازی قرار می‌گیرند، به دلیل ترکیب شیمیایی‌شان از آن‌ها با عنوان «غول‌های یخی» یاد می‌شود، اما به تازگی مطالعه‌ای این عناوین را زیر سؤال برده است.

کد خبر: ۳۷۹۳۳۷

تاریخ : ۲۵ آذر ۱۴۰۴ - ۱۸:۲۱

نوشته

شهرآرانیوز؛ غول‌های یخی به این معناست که اورانوس و نپتون درمقایسه با همتایان بزرگ‌تر خود (مشتری و زحل) مقدار بیشتری متان، آب و دیگر مواد فرّار دارند. با توجه به شرایط فشار در درون این سیارات، این عناصر به حالت جامد درمی‌آیند و عملاً به «یخ» تبدیل می‌شوند. با این حال، پژوهش تازه‌ای از دانشگاه زوریخ (UZH) و مرکز ملی شایستگی پژوهش در سیاره‌شناسی (NCCR PlanetS) در حال به چالش کشیدن درک ما از نواحی درونی این سیارات است.

براساس یافته‌های این تیم پژوهشی که این ماه در مجله‌ی Astronomy & Astrophysics منتشر شده، ممکن است هسته‌های اورانوس و نپتون سنگی‌تر و از آنچه پیش‌تر تصور می‌شد، کمتر «یخی» باشند.

تصاویر وویجر ۲ از اورانوس (چپ) و نپتون. (NASA/JPL-Caltech)

همرفت در دل غول‌های یخی؟

علاوه بر این، پژوهش آن‌ها نشان می‌دهد که درون این سیارات ممکن است دچار همرفت باشد؛ فرآیندی که در آن مواد به گردش درمی‌آیند (مشابه آنچه در زمین از طریق فعالیت‌های تکتونیکی رخ می‌دهد)، نه اینکه در وضعیتی پایدار و بدون جابه‌جایی باقی بمانند. به گفته‌ی پژوهشگران، این احتمال‌ها می‌تواند برخی از ویژگی‌های اسرارآمیز «غول‌های یخی» را توضیح دهد.

از نظر تاریخی، دانشمندان سیارات منظومه‌ی شمسی را براساس ترکیب آن‌ها و متناسب با فاصله‌شان از خورشید، به سه دسته‌ی مجزا تقسیم کرده‌اند.

این دسته‌بندی شامل سیارات خاکی (سنگی) _ عطارد، زهره، زمین و مریخ _ سیارات گازی _ مشتری و زحل _ و سیارات یخی _ اورانوس و نپتون _ می‌شود.

مطالعه‌ی جدید که توسط لوکا مورف، دانشجوی دکتری، و پروفسور راویت هلد از دانشگاه زوریخ و NCCR PlanetS انجام شده، این چارچوب را به چالش می‌کشد.

در میان سیارات منظومه‌ی شمسی، دانش ما درباره اورانوس و نپتون کمترین کم‌تر است. دلیل این موضوع آن است که تنها یک مأموریت، یعنی کاوشگر وویجر ۲، از نزدیک آن‌ها را بررسی کرده است (به‌ترتیب در سال‌های ۱۹۸۶ و ۱۹۸۹).

{$sepehr_key_174224}

مدل‌سازی تازه از درون سیارات

مورف و هلد فرایندی منحصر‌به‌فرد برای شبیه‌سازی درون اورانوس و نپتون توسعه دادند که ترکیب‌هایی فراتر از مدل‌های غنی از آب را در نظر می‌گرفت. این کار شامل ایجاد پروفایل‌های چگالی تصادفی و سپس محاسبه‌ی میدان گرانشی حاصل از آن‌ها بود. آن‌ها این فرایند را بار‌ها تکرار کردند تا به نتایجی برسند که با داده‌های رصدی اورانوس و نپتون سازگار باشد.

مورف در بیانیه‌ای از دانشگاه زوریخ توضیح داد:

«دسته‌بندی غول‌های یخی بیش از حد ساده‌انگارانه است، زیرا اورانوس و نپتون هنوز به‌خوبی شناخته نشده‌اند. مدل‌های مبتنی بر فیزیک، فرضیات زیادی دارند و مدل‌های تجربی بیش از حد ساده‌اند. ما این دو رویکرد را ترکیب کردیم تا به مدل‌هایی از درون سیارات برسیم که هم بی‌طرف و بدون پیش‌فرض باشند و هم از نظر فیزیکی سازگار.»

نتایج آن‌ها نشان داد که بهترین تطابق برای ترکیب درونی این سیارات تنها به یخ (عمدتاً آب) محدود نمی‌شود و ممکن است در عوض عمدتاً از سنگ تشکیل شده باشد.

این نتایج با یافته‌های تلسکوپ فضایی هابل و مأموریت نیوهورایزنز نیز هم‌خوانی دارد؛ یافته‌هایی که نشان می‌دهد ترکیب پلوتو از نظر جرمی حدود ۷۰ درصد سنگ و فلزات و ۳۰ درصد آب است.

این مطالعه همچنین توضیح‌های احتمالی‌ای برای میدان‌های مغناطیسی اسرارآمیز اورانوس و نپتون ارائه می‌دهد؛ میدان‌هایی که بیش از دو قطب دارند.

هلد در این باره گفت:

«این موضوعی است که تقریباً ۱۵ سال پیش برای نخستین‌بار مطرح کردیم و اکنون چارچوب عددی لازم برای اثبات آن را در اختیار داریم.»

او افزود:

«مدل‌های ما دارای لایه‌هایی از به‌اصطلاح “آب یونی” هستند که دینامو‌های مغناطیسی را در نواحی‌ای ایجاد می‌کنند که میدان‌های مغناطیسی غیر دوقطبیِ مشاهده‌شده را توضیح می‌دهد. همچنین دریافتیم که میدان مغناطیسی اورانوس، درمقایسه با نپتون، از عمق بیشتری سرچشمه می‌گیرد.»

طبیعتاً عدم قطعیت‌هایی در این مدل وجود دارد که بر ضرورت انجام مأموریت‌های آینده برای بررسی بیشتر «غول‌های یخی» تأکید می‌کند.

در عین حال، این نتایج جدید سناریو‌های تازه‌ای ارائه می‌دهند و فرضیات چند دهه‌ای درباره‌ی ترکیب درونی سیارات غول‌پیکر را به چالش می‌کشند. این یافته‌ها همچنین می‌توانند راهنمایی برای مطالعات آینده در علم مواد درباره‌ی شرایط سیاره‌ای و رفتار ماده در شرایط بسیار شدید باشند.

هلد در پایان گفت:

«اورانوس و نپتون می‌توانند بسته به فرضیات مدل، یا غول‌های سنگی باشند یا غول‌های یخی. داده‌های فعلی برای تمایز میان این دو کافی نیست و به همین دلیل به مأموریت‌های اختصاصی به سوی اورانوس و نپتون نیاز داریم تا ماهیت واقعی آن‌ها را آشکار کنیم.»