يقدم بحث جديد طورته جامعة زيوريخ (UZH) بالتعاون مع المركز الوطني للكفاءة البحثية (NCCR) PlanetS، وكلاهما يقع في سويسرا، إعادة تفسير للبنية الداخلية لأورانوس ونبتون. وتشير الدراسة، التي استخدمت طريقة محاكاة متقدمة، إلى أن هذه العوالم، المعروفة منذ فترة طويلة باسم “العمالقة الجليدية”، قد يكون لها تصميم داخلي يتكون في الغالب من الصخور. نشرت في المجلة المتخصصةعلم الفلك والفيزياء الفلكيةيواجه العمل العلمي عقودًا من الفهم حول تكوين هذين الكوكبين الخارجيين لنظامنا الشمسي.
تقدم إعادة التصنيف التي اقترحها العلماء أدلة جديدة لفهم المجالات المغناطيسية غير النمطية والمعقدة التي لوحظت، وخاصة على أورانوس. علاوة على ذلك، فإن السيناريو الذي يطرحه النموذج الحسابي يعزز الحاجة والإلحاح إلى بعثات فضائية جديدة مخصصة لأورانوس ونبتون، بهدف جمع بيانات أكثر دقة يمكن أن تؤكد طبيعة تكوينها الداخلي.
محاكاة الكثافة تعيد تعريف بنية الكواكب
ولإعادة تقييم البنية الداخلية لأورانوس ونبتون، قام فريق البحث ببناء ملفات تعريف الكثافة بطريقة عشوائية. وبعد ذلك، قاموا بحساب مجال الجاذبية المقابل لكل ملف تعريف ومقارنة النتائج التي تم الحصول عليها مع الملاحظات الفلكية.
وتضمنت العملية استخلاص تركيبات داخلية متوافقة مع بيانات الرصد، وتكرار الحساب عدة مرات حتى يتم التوصل إلى أفضل اتفاق. وفي جميع مراحل المحاكاة، حافظ العلماء على الاحترام الصارم للقوانين الفيزيائية الأساسية، مثل التوازن بين الجاذبية والضغط الداخلي والديناميكا الحرارية.
ما يوحي به التفسير الجديد حول “عمالقة الجليد”
قد يكون التصنيف التقليدي لأورانوس ونبتون على أنهما “عمالقة جليدية” مبالغة في التبسيط، وفقًا لمؤلفي الدراسة، نظرًا لأن تكوين الكوكبين لم يتم فهمه بالكامل بعد. قام الفريق بدمج الأساليب الفيزيائية والتجريبية لتطوير نماذج محايدة ومتسقة فيزيائيًا، مما يفسح المجال للتركيبات الداخلية التي تتجاوز انتشار الجليد – وهي مادة متطايرة غالبًا ما تُفهم على أنها ماء.
- يجمع النموذج بين الأساليب الفيزيائية والتجريبية لمحاكاة الأجزاء الداخلية للكواكب.
- تشير النتائج إلى تكوين صخري في الغالب.
- تساعد النتائج في فهم المجالات المغناطيسية المعقدة.
صرح البروفيسور رافيت هيلد، من معهد UZH للفيزياء الفلكية، أن الشك في الهيمنة الصخرية كان موجودًا منذ حوالي 15 عامًا، والآن، أخيرًا، حصلت المجموعة على دليل حسابي. هذا التفسير الجديد، من خلال تضمين قيود المراقبة والاتساق المادي، لا يزيل الجليد من صورة أورانوس ونبتون، ولكنه يحرف فكرة أنه سيكون العنصر المهيمن في جميع السيناريوهات التركيبية المعقولة.
تم تسليط الضوء على المجالات المغناطيسية والعمق
إن إعادة تفسير التركيب الداخلي للكواكب يسلط الضوء أيضًا على الاختلافات في سلوك المجالات المغناطيسية الخاصة بكل منها. اكتشف الباحثون أن المجال المغناطيسي لأورانوس قد يكون أعمق مقارنة بمجال نبتون.
تمتد آثار الدراسة إلى ما هو أبعد من مجرد تصنيف الكواكب في نظامنا الشمسي. ومن خلال تحسين الأساليب المستخدمة لاستنتاج تكوين العوالم البعيدة، يحسن العمل بشكل كبير قراءة وتفسير البيانات التي تم الحصول عليها من الكواكب الخارجية. يعد هذا التحسن في قراءة البيانات أمرًا أساسيًا أيضًا لتوجيه تصميم وأجهزة المسابر الفضائية المستقبلية.
عدم اليقين والحاجة إلى بعثات جديدة
وعلى الرغم من أن النموذج واعد ومتسق مع قوانين الفيزياء، إلا أنه لا تزال هناك فجوات في المعرفة حول التركيب الداخلي للكواكب. إن سلوك المواد تحت الضغوط ودرجات الحرارة الشديدة، وهي الظروف النموذجية داخل الكواكب مثل أورانوس ونبتون، ليس معروفًا بشكل كامل.
هذا النقص في المعرفة المتعمقة حول فيزياء المواد في ظل الظروف القاسية يمكن أن يؤثر على تقديرات الكثافة والتركيب. يدرك لوكا مورف، مرشح الدكتوراه في جامعة زيورخ والمؤلف الرئيسي للدراسة، أوجه عدم اليقين ويخطط لتوسيع نماذج المحاكاة.
في الوقت الحالي، البيانات المتاحة ليست كافية للتمييز بشكل موثوق بين المناطق الداخلية التي يغلب عليها الصخور أو المناطق الجليدية. اعتمادا على فرضيات كل نموذج، يمكن أن يتناسب كلا الكوكبين مع كلا التصنيفين. ولهذا السبب، يرى الفريق أنه من الضروري إرسال بعثات محددة إلى أورانوس ونبتون، مجهزة بأدوات قادرة على تحسين قياسات الجاذبية والمغناطيسية.