Νέα έρευνα με επικεφαλής τους επιστήμονες στο Universidade του Zurique (UZH), στο Suíça, προτείνει μια θεμελιώδη αλλαγή στην κατανόηση των Urano και Netuno. Η μελέτη αμφισβητεί την παραδοσιακή ταξινόμηση των δύο πλανητών ως «γίγαντες πάγου», υποδηλώνοντας ότι το εσωτερικό τους μπορεί, στην πραγματικότητα, να είναι κυρίως βραχώδες. Η ανακάλυψη Esta έχει τη δυνατότητα να ξαναγράψει ολόκληρα κεφάλαια της πλανητικής επιστήμης.
Δημοσιεύτηκε στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Astronomy & Astrophysics, η εργασία χρησιμοποίησε μια καινοτόμο μέθοδο προσομοίωσης για την ανάλυση της εσωτερικής δομής των πιο απομακρυσμένων πλανητών από τον Sistema Solar μας. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα μοντέλα με συνθέσεις πλούσιες σε πέτρες είναι εξίσου συνεπή με τα δεδομένα παρατήρησης όπως τα παραδοσιακά μοντέλα που βασίζονται σε πάγο νερού, αμμωνία και μεθάνιο.
Η έρευνα ανοίγει νέες πόρτες για την κατανόηση όχι μόνο του σχηματισμού και της εξέλιξης των Urano και Netuno, αλλά και αμέτρητων εξωπλανητών παρόμοιου μεγέθους που ανακαλύπτονται σε άλλα αστέρια. Η επαναταξινόμηση αυτών των κόσμων θα μπορούσε να αλλάξει σημαντικά τις θεωρίες σχετικά με τον τρόπο οργάνωσης των πλανητικών συστημάτων.
Μια νέα ματιά σε μακρινούς γίγαντες
Για δεκαετίες, η επιστημονική συναίνεση ταξινόμησε τους Urano και Netuno ως γίγαντες πάγου λόγω των πλούσιων σε υδρογόνο και ήλιο ατμόσφαιρες και τους μανδύες τους που πιστεύεται ότι αποτελούνταν κυρίως από παγωμένα πτητικά στοιχεία. Η θεωρία Essa βασίστηκε σε περιορισμένα δεδομένα, που συλλέχθηκαν κυρίως κατά τη διάρκεια σύντομων περιπτώσεων του ανιχνευτή Voyager 2 τις δεκαετίες του 1980 και του 1990.
Η νέα ελβετική μελέτη αμφισβητεί αυτή την άποψη αποδεικνύοντας ότι η πυκνότητα και το βαρυτικό πεδίο των πλανητών μπορούν εξίσου να εξηγηθούν από έναν εκτεταμένο βραχώδη πυρήνα που καλύπτεται από ένα λεπτότερο στρώμα πάγου και μια αέρια ατμόσφαιρα. Η εναλλακτική Essa δεν εξετάστηκε ευρέως λόγω των περιορισμών των προηγούμενων μοντέλων, τα οποία συχνά υπέθεταν παγωμένο εσωτερικό.
Η μεθοδολογία πίσω από την ανακάλυψη
Για να καταλήξει σε αυτό το συμπέρασμα, η ερευνητική ομάδα του NCCR PlanetS ανέπτυξε μια εξελιγμένη υβριδική μέθοδο. Αντί να ξεκινήσουν από μια προκαθορισμένη σύνθεση, δημιούργησαν χιλιάδες τυχαία προφίλ εσωτερικής δομής για κάθε πλανήτη, δοκιμάζοντας ένα ευρύ φάσμα δυνατοτήτων διανομής πετρωμάτων, πάγου και αερίου.
Κάθε ένα από αυτά τα προφίλ συγκρίθηκε αυστηρά με τις πραγματικές βαρυτικές μετρήσεις που ελήφθησαν από το Voyager 2. Το λογισμικό προσομοίωσης εξασφάλισε ότι όλες οι προτεινόμενες διαμορφώσεις τηρούσαν τους θεμελιώδεις νόμους της φυσικής, όπως η υδροστατική ισορροπία και η θερμοδυναμική συμπεριφορά των υλικών κάτω από ακραίες πιέσεις και θερμοκρασίες.
Αυτή η καινοτόμος διαδικασία επέτρεψε στους επιστήμονες να εντοπίσουν όλες τις εσωτερικές συνθέσεις που ήταν συμβατές με τα υπάρχοντα δεδομένα, χωρίς καμία αρχική προκατάληψη. Το εκπληκτικό αποτέλεσμα ήταν ότι τα πλούσια σε βράχια σενάρια αποδείχθηκαν εξίσου εύλογα με τα σενάρια πλούσια σε πάγο, αναγκάζοντας μια πλήρη επανεκτίμηση της φύσης αυτών των πλανητών.
Το μυστήριο των ανώμαλων μαγνητικών πεδίων
Ένα από τα μεγαλύτερα αποδεικτικά στοιχεία που υποστηρίζουν τη νέα θεωρία του βράχου προέρχεται από την εξήγηση για τα περίεργα μαγνητικά πεδία των Urano και Netuno. Diferente από Terra, Júpiter ή Saturno, τα οποία έχουν μαγνητικά πεδία ευθυγραμμισμένα με τους άξονες περιστροφής τους, αυτά του Urano και
Τα παραδοσιακά μοντέλα, βασισμένα σε αγώγιμα φύλλα πάγου, προσπάθησαν να εξηγήσουν αυτή την ανωμαλία. Ο Eles πρότεινε ότι το μαγνητικό δυναμό θα εμφανιζόταν σε ένα λεπτό στρώμα υπεριονικού νερού, αλλά οι λεπτομέρειες δεν συνδυάζονται ποτέ τέλεια με τις παρατηρήσεις.
Το νέο μοντέλο, με πιο βραχώδη και λιγότερο αγώγιμο εσωτερικό, προτείνει ότι το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται σε βαθύτερα, πιο συναγωγικά στρώματα του πλανήτη. Η βαθύτερη προέλευση Essa θα εξηγούσε φυσικά την κακή ευθυγράμμιση και την πολυπλοκότητα των παρατηρούμενων πεδίων, προσφέροντας μια πιο κομψή λύση σε ένα από τα μεγαλύτερα αινίγματα του Sistema Solar.
Η έρευνα προτείνει επίσης ότι το μαγνητικό πεδίο του Urano, το οποίο έχει κλίση σχεδόν 60 μοιρών σε σχέση με τον άξονά του, θα δημιουργηθεί σε μια ακόμη βαθύτερη περιοχή από αυτή του Netuno. Η διαφορά Essa στην εσωτερική δομή θα μπορούσε να είναι το κλειδί για την κατανόηση των μαγνητικών διακυμάνσεων μεταξύ των δύο φαινομενικά αδελφών πλανητών.
Οι διαφορές μεταξύ Urano και Netuno αποκτούν νέα ερμηνεία
Αν και συχνά ομαδοποιούνται μαζί, τα Urano και Netuno παρουσιάζουν αξιοσημείωτες διαφορές που πάντα κέντριζαν το ενδιαφέρον των αστρονόμων. Το Urano, για παράδειγμα, έχει μια ακραία πλευρική περιστροφή, με τον άξονά του να έχει κλίση στις 98 μοίρες, και εκπέμπει πολύ λίγη εσωτερική θερμότητα. Το Netuno, από την άλλη πλευρά, έχει την πιο ενεργή ατμόσφαιρα του Sistema Solar, με υπερηχητικούς ανέμους, και ακτινοβολεί περισσότερο από τη διπλάσια ενέργεια που λαμβάνει από το Sol, υποδεικνύοντας μια ισχυρή εσωτερική πηγή θερμότητας. Το ροκ μοντέλο προσφέρει ένα νέο πλαίσιο για την ερμηνεία αυτών των αποκλίσεων.
Οι διακυμάνσεις στην αναλογία μεταξύ βράχου και πάγου και στον τρόπο κατανομής αυτών των υλικών κατά τον σχηματισμό των πλανητών θα μπορούσαν να είναι η θεμελιώδης αιτία αυτών των διαφορών. Μια γιγαντιαία πρόσκρουση, που συχνά επικαλείται για να εξηγήσει την κλίση του Urano, θα μπορούσε να έχει αναμείξει διαφορετικά τα υλικά μέσα σε αυτό, επηρεάζοντας τη θερμική τους εξέλιξη και την ικανότητά τους να διατηρούν την αρχέγονη θερμότητα. Η έρευνα δείχνει ότι η εσωτερική σύνθεση, και όχι μόνο τα εξωτερικά γεγονότα, διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στον καθορισμό των παρατηρήσιμων χαρακτηριστικών κάθε κόσμου.
Προκλήσεις και σύνορα πλανητικής γνώσης
Οι επιστήμονες που είναι υπεύθυνοι για τη μελέτη είναι οι πρώτοι που παραδέχονται ότι το ερώτημα σχετικά με τη σύνθεση των Urano και Netuno δεν έχει ακόμη επιλυθεί. Το κύριο εμπόδιο για ένα οριστικό συμπέρασμα είναι η περιορισμένη κατανόησή μας για τη συμπεριφορά της ύλης κάτω από τις ακραίες συνθήκες που βρίσκονται μέσα σε αυτούς τους πλανήτες. Οι πιέσεις φτάνουν εκατομμύρια φορές αυτές της ατμόσφαιρας της Γης και οι θερμοκρασίες φτάνουν χιλιάδες βαθμούς Celsius. Στο εργαστήριο, είναι απίστευτα δύσκολο να αναπαραχθούν τέτοιες συνθήκες για να μελετηθεί πώς αλληλεπιδρούν μίγματα πετρωμάτων, πάγου και υδρογόνου. Οι υπολογιστικές προσομοιώσεις έχουν προχωρήσει πολύ, αλλά εξακολουθούν να εξαρτώνται από θεωρητικές προσεγγίσεις που φέρουν αβεβαιότητες. Portanto, ενώ τα τρέχοντα δεδομένα από το Voyager 2 δεν μας επιτρέπουν να αποκλείσουμε κανένα σενάριο – πλούσιο σε πάγους ή σε βράχους –, η νέα έρευνα αποδεικνύει ότι η βραχώδης πιθανότητα θα πρέπει να ληφθεί εξίσου σοβαρά με την παραδοσιακή παγωμένη θέα, ανοίγοντας ένα συναρπαστικό νέο πεδίο συζήτησης στην πλανητική επιστήμη.
Η ανάγκη για μελλοντικές διαστημικές αποστολές
Για να επιλυθεί μια για πάντα η συζήτηση, η επιστημονική κοινότητα συμφωνεί ότι μια νέα διαστημική αποστολή αφιερωμένη σε έναν από τους δύο πλανήτες είναι απαραίτητη. Ένας τροχιακός καθετήρας εξοπλισμένος με σύγχρονα όργανα θα μπορούσε να χαρτογραφήσει τα βαρυτικά και μαγνητικά του πεδία με τάξεις μεγέθους μεγαλύτερης ακρίβειας από αυτή του Voyager 2, επιτρέποντάς μας τελικά να διακρίνουμε μεταξύ ενός βραχώδους και ενός παγωμένου εσωτερικού. Η NASA και η Agência Espacial Europeia (ESA) μελετούν ήδη προτάσεις για αποστολές τις δεκαετίες του 2030 και του 2040, με το Urano να είναι η κορυφαία προτεραιότητα στην τελευταία δεκαετία έρευνα πλανητικής επιστήμης Estados Unidos.
Συνάφεια με την αναζήτηση εξωπλανητών
Ο αντίκτυπος αυτής της μελέτης υπερβαίνει κατά πολύ το Sistema Solar μας. Η αναπτυγμένη μεθοδολογία, η οποία δεν εξαρτάται από προηγούμενες υποθέσεις σχετικά με τη σύνθεση, είναι απόλυτα κατάλληλη για την ανάλυση εξωηλιακών πλανητών. Για πολλούς από αυτούς τους μακρινούς κόσμους, η μόνη διαθέσιμη πληροφορία είναι η μάζα και η ακτίνα τους, καθιστώντας τα ευέλικτα μοντέλα απαραίτητα για την εξαγωγή συμπερασμάτων της εσωτερικής τους δομής.
Πλανήτες με χαρακτηριστικά παρόμοια με τους Urano και Netuno είναι εξαιρετικά συνηθισμένοι στο Via Láctea. Compreender η αληθινή φύση των δικών μας «γιγάντων» είναι ζωτικής σημασίας για την ορθή ερμηνεία της ποικιλομορφίας των πλανητών που βρίσκονται σε όλο τον γαλαξία. Η εργασία Este ενισχύει ότι οι απλοϊκές ταξινομήσεις μπορεί να είναι παραπλανητικές και ότι η πλανητική πολυπλοκότητα είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι είχε φανταστεί προηγουμένως.
