Незвичайним властивостям магнітних полів Урана та Нетпуна знайшли пояснення

Команда, яка об'єднала планетологів, фізиків і хіміків з США, Франції, Швейцарії та Швеції, знайшла можливе пояснення деяким дивним властивостям Урана і Нептуна і зокрема їх магнітних полів.

Питання устрою надр крижаних гігантів Урана і Нептуна довгий час не дає спокою вченим. Згідно з найбільш поширеної теорії слідом за твердим кам'яним ядром слідує мантія з водяних, аміачних і метанових льодів, стислих тиском, який в десятки тисяч разів перевищує атмосферний. Але при цьому у цих планет є внутрішнє джерело тепла, а також потужні магнітні поля і магнітосфери, що характеризуються до того ж неоднозначними фізичними особливостями. Що є їх джерелом? Чисто теоретично це має бути гідромагнітне динамо, викликане конвективними переміщеннями електропровідної рідини у вузькому сферичному шарі всередині мантії або поблизу ядра. От тільки сам факт існування електропровідної рідини в умовах неймовірних тисків викликає багато сумнівів.

Нептун

Фотографія велитенського шторму, що вирує в атмосфері Нептуна, отримана космічним апаратом «Вояджер-2»

На ділі агрегатний стан речовини, що знаходиться в надрах крижаних гігантів, трактувати дуже не просто. Фізично - це надзвичайно щільна рідина, розігріта від кількох сотень до кількох тисяч градусів Цельсія залежно від глибини залягання шару, однак хімічно - лід з кристалічною структурою розташування атомів. Називати його прийнято екстремальними фазами льоду, всього їх існує 16 типів, але, як вважають вчені, в мантії Урана і Нептуна зустрічаються тільки два види: лід VII і лід VIII.

Кожна фаза льоду має свої унікальні властивості і відмінності. На хімічному рівні відмінності у фазах визначаються характером водневих зв'язків, а для утворення того чи іншого типу необхідні певні температура і тиск. Наприклад, для формування льоду VII і VIII тиск має бути більше 2 гігапаскалів (в 20 000 разів більше атмосферного тиску на Землі).

Недра крижаних гігантів здатні забезпечити тиск біля 60 гігапаскалів. Проблема полягає не в цьому. Обидві ці фази екстремальних льодів як у чистому вигляді так і з домішками аміаку і метану не є гарними електропровідниками.

Теоретичне рішення проблеми виявилося до волі витонченим. За умови наявності в мантії планет звичайної кухонної солі (NaCl) знижується необхідний тиск (до 60 ГПа) для переходу льоду VII в лід X і в значній мірі прискорюється сам процес. Останній вид ще більш щільний, має високу симетрією, впорядкованість елементів, і що найважливіше при надвисоких температурах зберігає рідку форму. Лід X з домішками кухонної солі також як і звичайна вода має відмінну електропровідність, конвективні пересування такої рідини цілком можуть формувати магнітні поля.

На жаль, перевірити цю теорію на практиці навряд чи вийде в найближчому часі. Однак оптимізму додає її простота і витонченість у поєднанні з тим фактом, що з'єднання NaCl, судячи з усього, було досить поширеним на початкових етапах формування Сонячної системи і присутнє в протопланетному диску, з якого сформувалися планети.

Результати своїх досліджень автори опублікували в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences і на офіційному порталі Інституту Д. Карнегі.

Евгений Мартыненко