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

Как ученые на «Конкорде» устроили погоню за солнечным затмением и растянули семь минут до 74

Как ученые на «Конкорде» устроили погоню за солнечным затмением и растянули семь минут до 74

Японская установка тестирует магнитное торможение при входе космических аппаратов в атмосферу

Японская установка тестирует магнитное торможение при входе космических аппаратов в атмосферу

Физики ЦЕРН провели Малый Большой взрыв с помощью кислорода

Физики ЦЕРН провели Малый Большой взрыв с помощью кислорода

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

Состоялся запуск новейшего космического телескопа NASA

Космические заводы для лекарств становятся реальнее благодаря дешевым запускам

Космические заводы для лекарств становятся реальнее благодаря дешевым запускам

Cloud-9 назвали лучшей кандидатурой на звание первой беззвездной галактики

Cloud-9 назвали лучшей кандидатурой на звание первой беззвездной галактики

NASA готовится запустить телескоп Nancy Grace Roman стоимостью 4 млрд. долларов

NASA готовится запустить телескоп Nancy Grace Roman стоимостью 4 млрд. долларов

Спасти не удалось: космический телескоп NASA Swift готовится к неконтролируемому падению на Землю

Спасти не удалось: космический телескоп NASA Swift готовится к неконтролируемому падению на Землю

Миссии NASA, которые изменили историю освоения космоса

Миссии NASA, которые изменили историю освоения космоса

Как РЛС Вадима Мацкевича решила исход Корейской войны

Как РЛС Вадима Мацкевича решила исход Корейской войны

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

15 технологий древности, которыми человечество пользуется до сих пор

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

В Дании найден крупнейший в истории страны клад серебряных артефактов эпохи викингов

В Дании найден крупнейший в истории страны клад серебряных артефактов эпохи викингов

В Сербии запущен завод человекоподобных роботов мощностью 5000 единиц в год

В Сербии запущен завод человекоподобных роботов мощностью 5000 единиц в год

Минцифры разрешило мобильным операторам запустить связь 5G

Минцифры разрешило мобильным операторам запустить связь 5G

Ученые назвали бумажные стаканчики для кофе скрытым источником пластиковых наночастиц

Ученые назвали бумажные стаканчики для кофе скрытым источником пластиковых наночастиц