Наличие поваренной соли в мантии Урана и Нептуна объясняет странные свойства планет

Команда, объединившая планетологов, физиков и химиков из США, Франции, Швейцарии и Швеции, нашла возможное объяснение некоторым странным свойствам Урана и Нептуна и в частности их магнитным полям.

Вопрос устройства недр ледяных гигантов Урана и Нептуна долгое время не дает покоя ученым. Согласно наиболее распространенной теории вслед за твердым каменным ядром следует мантия из водяных, амиачных и метановых льдов, сжатых давлением, в десятки тысяч раз превышающим атмосферное. Но при этом у этих планет имеется внутренний источник тепла, а также мощные магнитные поля и магнитосферы, характеризующиеся к тому же неоднозначными физическими особенностями. Что является их источником? Чисто теоретически им должно выступать гидромагнитное динамо, вызванное конвективными перемещениями электропроводной жидкости в узком сферическом слое внутри мантии или близ ядра. Вот только сам факт существования электропроводной жидкости в условиях невероятных давлений вызывает много вопросов.

Нептун

Фотография бушующего в атмосфере Нептуна шторма, полученная космическим аппаратом «Вояджер-2»

На деле агрегатное состояние вещества, находящегося в недрах ледяных гигантов, трактовать очень не просто. Физически - это чрезвычайно плотная жидкость, разогретая от нескольких сотен до нескольких тысяч градусов Цельсия в зависимости от глубины залегания слоя, однако химически - лед с кристаллической структурой расположения атомов. Называть его принято экстремальными фазами льда, всего их существует 16 типов, но, как полагают ученые, в мантии Урана и Нептуна встречаются только два вида: лед VII и лед VIII.

Каждая фаза льда имеет свои уникальные свойства и отличия. На химическом уровне различия в фазах определяются характером водородных связей, а для образования того или иного типа необходимы определенные температура и давление. Так для формирования льда VII и VIII необходимо давление порядка 2 гигапаскалей (в 20 000 раз больше атмосферного давления на Земле).

Недра ледяных гигантов способны обеспечить такое и даже значительно большее давление. Проблема заключается не в этом. Обе эти фазы экстремальных льдов как в чистом виде так и с примесями аммиака и метана не являются хорошими электропроводниками.

Теоретическое решение проблемы оказалось до воли изящным. При условии наличия в мантии планет обычной поваренной соли (NaCl) снижается необходимое давление (до 60 ГПа) для перехода льда VII в лед X и в значительной степени ускоряется сам процесс. Последний вид еще более плотный, обладает высокой симметрией, упорядоченностью элементов, и что самое важное при сверхвысоких температурах сохраняет жидкую форму. Лед X с примесью поваренной соли также как и обычная вода обладает отличной электропроводностью, конвективные передвижения такой жидкости вполне могут формировать магнитные поля.

К сожалению, проверить данную теорию на практике вряд ли получится в ближайшем времени. Однако оптимизма добавляет ее простота и изящность в сочетании с тем фактом, что соединение NaCl, по всей видимости, было довольно распространенным на начальных этапах формирования Солнечной системы и присутствовало в протопланетном диске, из которого сформировались планеты.

Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences и на официальном портале Института Д. Карнеги.

Евгений Мартыненко