Уран и Нептун часто называют планетарными близнецами из-за схожих размеров, массы и атмосферных условий. Долгое время считалось, что они сформировались из одного космического резервуара материалов. Однако новое исследование международной команды ученых, включая сотрудников Юго-Западного исследовательского института (SwRI), показало: химическое происхождение ледяных гигантов существенно различается. Результаты опубликованы в научном журнале Astronomy & Astrophysics.
У Нептуна глубокая атмосфера оказалась значительно богаче кислородом, чем у Урана. Это указывает на разные источники материалов, из которых состоят планеты. У ледяных гигантов нет твердой поверхности, как у Земли.
Вместо этого их окутывают толстые слои газа из тяжелых элементов — воды, аммиака и метана, уходящие на тысячи километров вглубь. Тонкий внешний слой более легких элементов придает планетам зеленовато-голубой вид.
«Сегодня Уран и Нептун могут казаться близнецами, но их химия говорит нам, что они скорее двоюродные братья с очень разной историей. Их атмосферный состав может быть связан с разными областями протопланетного диска, где формировались планеты. Их сходство — примечательное совпадение», — отметил доктор Оливье Мусис из SwRI, соавтор работы.
Ученые сравнили химический состав планет с помощью моделей атмосферной химии и наблюдений за уровнями угарного газа, включая недавние измерения ALMA. Выяснилось, что в глубокой атмосфере Нептуна больше кислорода, чем у Урана, что дает значительно различающиеся соотношения углерода к кислороду.
«Мы не можем напрямую получить доступ к глубоким атмосферам Урана и Нептуна, но химические трассеры позволяют исследовать условия, скрытые под их видимыми облаками. Угарный газ особенно полезен, потому что его много в верхней тропосфере. Используя эти данные, мы можем моделировать химическую эволюцию протопланетного диска и происхождение его материалов», — объясняет Мусис.
Считается, что Уран и Нептун сформировались примерно в одно время — около 4,5 млрд лет назад. Традиционно ученые полагали, что они образовались из материалов соседних областей. Однако новые модели указывают: строительные блоки Нептуна возникли ближе к молодому Солнцу, а затем мигрировали наружу.
«Химия Нептуна плохо согласуется с идеей, что он сформировался там, где мы видим его сегодня, и черпал материал из того же резервуара, что и Уран. Наши модели предполагают, что его строительные блоки проделали долгий путь. Два внешне похожих мира могли прийти к своим нынешним положению и составу двумя совершенно разными эволюционными путями», — говорит Мусис.
По его словам, результаты важны не только для Урана и Нептуна, но и далеко за пределами Солнечной системы: планеты такого размера распространены у других звезд, поэтому ледяные гиганты — важный ориентир для понимания формирования планет во всей галактике.
Ранее ученые заявили о продолжении поисков девятой планеты за Нептуном. До сих пор ее существование остается загадкой.