Причём Нептун мог переместиться на нынешнюю орбиту из более близкой к Солнцу области
Уран и Нептун, которые рассматриваются как почти близнецы, могли пройти различные пути своего формирования. Такой вывод сделали международные исследователи, сопоставив уровень угарного газа в верхних слоях атмосферы обеих планет с расчетами их глубокого химического состава и моделью эволюции протопланетного диска — облака газа и пыли, окружавшего молодое Солнце. Результаты показывают, что строительные блоки Нептуна могли сформироваться ближе к Солнцу, после чего планета переместилась на свою текущую орбиту.
В настоящее время невозможно напрямую определить состав глубинных слоев ледяных гигантов. Только один космический аппарат — «Вояджер-2» — наблюдал обе планеты близко: он пролетел мимо Урана в 1986 году и мимо Нептуна в 1989-м. Инфракрасные наблюдения позволяют изучать лишь верхние слои атмосферы, а даже спускаемый аппарат будущей миссии Uranus Orbiter and Probe (орбитальный аппарат и атмосферный зонд Урана) сможет достать лишь до уровня давления в 10 бар. Облака, скрывающие более глубокие слои, могут находиться на глубинах, соответствующих давлению в сотни бар. Поэтому содержание ключевых элементов приходится восстанавливать косвенно.
Для этого ученые ориентировались на угарный газ (CO), обнаруженный в верхней тропосфере обеих планет. В глубине атмосферы при высоких температурах CO участвует в химических реакциях с водой, а затем поднимается вверх вместе с потоками газа. По мере повышения температуры она снижается, химические реакции замедляются, и состав газа перестает соответствовать равновесному состоянию. Сравнивая концентрацию CO в верхней тропосфере с моделями химических реакций и перемещения вещества, можно оценить, сколько кислорода должно быть в глубине. Для Урана исходным измерением служила концентрация около 5,6 миллиардных долей по объёму, полученная с помощью радиотелескопа ALMA. На Нептуне эта концентрация составляет примерно 200 миллиардных долей — почти в 36 раз больше.
Расчёты показали, что принимая во внимание широтные различия в перемешивании атмосферы, содержание кислорода относительно водорода в глубоких слоях Урана составляет 62–177 солнечных уровней, а у Нептуна — 222–342 солнечных уровней. Другими словами, согласно этой оценке, Нептун гораздо богаче кислородом. Важным параметром является коэффициент вихревой диффузии — характеристика, описывающая эффективность переноса вещества между слоями атмосферы. Если учитывать его изменения в зависимости от широты и глубины, диапазоны содержания кислорода значительно расширяются по сравнению с расчетами, где перемешивание считается постоянным. Неопределенность в скоростях химических реакций влияет на результат в меньшей степени: примерно на 10% для Урана и на 5% для Нептуна. При этом для Урана эта неопределенность превышает погрешность самого измерения концентрации CO.
Затем исследователи рассчитали отношение углерода к кислороду (C/O) и сопоставили его с моделью протопланетного диска, учитывающей перенос пыли, испарение, конденсацию и образование ледяных частиц. Для Урана это отношение составило 0,06–0,52, а для Нептуна — 0,02–0,12. Солнечное значение находится примерно на уровне 0,5. Верхняя граница диапазона для Урана близка к этому значению, тогда как весь диапазон Нептуна значительно ниже. В модели это различие объясняется тем, что состав твердых частиц в диске изменялся с расстоянием от Солнца: вода, метан и угарный газ замерзали при различных условиях, по-разному распределяя углерод и кислород между льдом и газом.
Низкое отношение C/O у Нептуна согласуется со сценарием, согласно которому его строительные блоки сформировались вблизи линии водяного льда — области диска, где вода начинает преимущественно переходить в твердую фазу. В таком материале много водяного льда, тогда как значительная часть углерода остается в газе и хуже включается в растущую планету. Чтобы объяснить текущее положение Нептуна, этот сценарий предполагает последующее перемещение наружу. Для Урана низкое отношение C/O, в свою очередь, могло бы соответствовать материалу, образованному внутри линии метанового льда, где метан в меньшей степени представлен в твердой фазе. Однако верхняя граница диапазона, полученного для Урана, согласуется и с составом материала на его нынешнем орбитальном расстоянии. Поэтому результаты не устанавливают единую историю формирования обеих планет: диапазоны частично пересекаются, а расчеты зависят от модели атмосферного перемешивания и условий в древнем диске.
Авторы подчеркивают, что ключевая неопределенность связана с тем, насколько эффективно вещество перемешивается в глубине атмосферы. Вращение планет и конденсация льда могут подавлять конвекцию, поэтому оценки, полученные на разных широтах, не обязательно отражают реальные различия в общем составе планет. Будущие измерения непосредственно в атмосфере Урана, особенно вблизи экватора, где вертикальное перемешивание, предположительно, эффективнее, помогут проверить расчеты. Это важно не только для понимания «местных» ледяных гигантов: планеты сопоставимого размера широко распространены вокруг других звезд, и уточнение условий формирования Урана и Нептуна поможет интерпретировать состав и происхождение подобных экзопланет.
22 октября 2026, 18:35Наука и космосDarth SaharaкосмосАстрономияСолнечная системаПланетологияЛедяные гигантыПротопланетные дискиИсточники:Astronomy & Astrophysics
Не пропускайте наши новостиДобавьте сайт в предпочитаемые источники, чтобы видеть нас чащеДобавить в Google
Источник