Две странные планеты: неразгаданная магнитная тайна Урана и Нептуна

У Урана и Нептуна полностью искаженное магнитное поле, возможно, из-за особой внутренней структуры планет. Новые эксперименты исследователей ETH Zurich теперь показывают, что загадка остается нерешенной.

Две большие газовые планеты Уран и Нептун обладают странными магнитными полями. Каждая из них сильно наклонена относительно осей вращения планеты и значительно смещена от физического центра. Причина этого была давней загадкой в ​​планетологии. Различные теории предполагают, что уникальная внутренняя структура этих планет может быть причиной этого странного явления. Согласно этим теориям, искаженное магнитное поле вызвано циркуляцией в конвективном слое, который состоит из электропроводящей жидкости. Этот конвективный слой, в свою очередь, окружает стабильно многослойный неконвективный слой, в котором нет циркуляции материала из-за его высокой вязкости и, следовательно, нет вклада в магнитное поле.

Компьютерное моделирование показывает, что вода и аммиак, основные компоненты Урана и Нептуна, при очень высоких давлениях и температурах переходят в необычное состояние: в "суперионное состояние", которое обладает свойствами как твердого тела, так и жидкости. В этом состоянии ионы водорода становятся подвижными в структуре решетки, образованной кислородом или азотом.

Недавние экспериментальные исследования подтверждают, что суперионная вода может существовать на глубине, где, согласно теории, находится стабильно слоистая область. Следовательно, возможно, что стратифицированный слой образован суперионными компонентами. Однако неясно, действительно ли компоненты способны подавлять конвекцию, поскольку физические свойства суперионного состояния неизвестны.

Две странные планеты: неразгаданная магнитная тайна Урана и Нептуна

Томоаки Кимура и Мотохико Мураками из Департамента наук о Земле ETH Zurich теперь на один шаг ближе к поиску ответа. Два исследователя провели в своей лаборатории эксперименты с аммиаком при высоком давлении и высокой температуре. Целью экспериментов было определение упругости суперионного материала. Эластичность — одно из важнейших физических свойств, влияющих на тепловую конвекцию в мантии планеты. Примечательно, что эластичность материалов в твердом и жидком состояниях совершенно разная.

Для своих исследований исследователи использовали аппарат высокого давления, названный ячейкой с алмазной наковальней. В этом устройстве аммиак помещается в небольшой контейнер диаметром около 100 микрометров, который затем зажимается между двумя алмазными наконечниками, сжимающими образец. Это позволяет подвергать материалы чрезвычайно высокому давлению, например, внутри Урана и Нептуна.

Затем образец нагревается до более чем 2000 градусов Цельсия с помощью инфракрасного лазера. В то же время зеленый лазерный луч освещает образец. Измеряя волновой спектр рассеянного зеленого лазерного света, исследователи могут определить эластичность материала и химические связи в аммиаке. Сдвиги волнового спектра при разных давлениях и температурах можно использовать для определения упругости аммиака на разных глубинах.

В своих измерениях Кимура и Мураками обнаружили новую суперионную аммиачную фазу (γ-фаза), которая демонстрирует эластичность, аналогичную эластичности жидкой фазы. Эта новая фаза может быть стабильной в глубоких недрах Урана и Нептуна и, следовательно, происходить там. Однако суперионный аммиак ведет себя как жидкость, и поэтому он не будет достаточно вязким, чтобы способствовать образованию неконвективного слоя.

Вопрос о том, какими свойствами обладает суперионная вода внутри Урана и Нептуна, становится тем более актуальным в свете новых результатов. Даже сейчас загадка того, почему две планеты имеют такое нерегулярное магнитное поле, все еще остается нерешенной.

Читайте также

Астрономы обнаружили две молодые звезды, которые случайно «нашли друг друга» в космосе

Астрономы обнаружили две молодые звезды, которые случайно «нашли друг друга» в космосе

Ученые на самолете преследовали падающие спутники, чтобы изучить загрязнение атмосферы

Ученые на самолете преследовали падающие спутники, чтобы изучить загрязнение атмосферы

Луна могла сформироваться всего за несколько часов после столкновения Земли с Теей

Луна могла сформироваться всего за несколько часов после столкновения Земли с Теей

Спутники видят Землю все лучше — эксперты предупреждают о новых рисках для конфиденциальности

Спутники видят Землю все лучше — эксперты предупреждают о новых рисках для конфиденциальности

Пульсар испустил 114 гигантских импульсов за час наблюдения

Пульсар испустил 114 гигантских импульсов за час наблюдения

NASA расширила сеть связи с Вояджером и десятками других аппаратов в дальнем космосе

NASA расширила сеть связи с Вояджером и десятками других аппаратов в дальнем космосе

Астрономы научились картировать невидимую Вселенную по сигналам древнего водорода

Астрономы научились картировать невидимую Вселенную по сигналам древнего водорода

Новый космический телескоп NASA успешно развернул основные системы после запуска

Новый космический телескоп NASA успешно развернул основные системы после запуска

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

Семь самых больших машин в истории: гиганты весом в тысячи тонн и длиной в километры

Те самые редкоземельные металлы: что в них редкого и зачем они вообще нужны

Те самые редкоземельные металлы: что в них редкого и зачем они вообще нужны

Ученые виртуально развернули и прочли свитки папируса, обугленные при извержении Везувия

Ученые виртуально развернули и прочли свитки папируса, обугленные при извержении Везувия

ИИ-агенты OpenAI тайно общались через сторонние сайты

ИИ-агенты OpenAI тайно общались через сторонние сайты

ИИ научился различать мысленно произнесенные слова с точностью 78%

ИИ научился различать мысленно произнесенные слова с точностью 78%

ИИ и квантовые технологии объединили для анализа МРТ-снимков головного мозга

ИИ и квантовые технологии объединили для анализа МРТ-снимков головного мозга

Audi представила самый экономичный электромобиль в своей истории с запасом хода до 646 км

Audi представила самый экономичный электромобиль в своей истории с запасом хода до 646 км