اورانوس و نپتون از آنچه فکر می‌کنیم ساخته نشده‌اند

ستاره‌شنا‌س‌ها تا مدت‌ها باور داشتند که غول‌های یخی اورانوس و نپتون سرشار از آب منجمد هستند. با این‌حال، پژوهشی جدید نشان می‌دهد که این سیاره‌ها احتمالا دارای مقادیر زیادی یخ متان نیز باشند. یافته‌ها می‌توانند به حل معمای مربوط به چگونگی شکل‌گیری این دنیاهای یخی کمک کنند.

معماهای زیادی درباره اورانوس و نپتون وجود دارند. فقط کاوشگر وویجر ۲ در دهه‌ی ۱۹۸۰ از این دنیاهای یخی بازدید کرد؛ در نتیجه دانشمندان صرفا تصویری کلی و مبهم از ترکیبات این غول‌های یخی دارند. برای مثال می‌دانیم که این سیاره‌ها دربردارنده‌ی مقدار زیادی اکسیژن، کربن و هیدروژن هستند.

ستاره‌شناس‌ها برای رسیدن به داده‌های بیشتر درباره‌ی ترکیب اورانوس و نپتون مدل‌هایی را ابداع کردند که با ویژگی‌های فیزیکی اندازه‌گیری‌شده توسط وویجر ۲ و تلسکوپ‌های زمینی تطبیق داشتند. بسیاری از مدل‌ها فرض می‌کنند که این سیاره‌ها دارای پوشش نازک هیدروژنی و هلیومی، لایه‌ی زیرین آب فوق‌یونی و آمونیاک و همچنین یک هسته‌ی سنگی هستند. در واقع آب باعث شده لقب غول یخی به آن‌ها داده شود. برخی تخمین‌ها نشان می‌دهند اورانوس و نپتون احتمالا ۵۰ هزار برابر اقیانوس‌های زمین آب داشته باشند.‌

با این‌حال به باور مؤلفان پژوهش جدید، مدل‌های گذشته چگونگی شکل‌گیری غول‌های یخی را نادیده می‌گیرند. از آنجا که اورانوس و نپتون حاصل ادغام ابر غبار اطراف خورشید جوان بودند، اجرامی موسوم به خرده‌سیاره را به خود جذب کردند. به گفته‌ی پژوهشگرها این خرده‌سیاره‌ها به دنباله‌دارهای کنونی مثل ۶۷‌پی/چوریوموف- گراسیمنکو شباهت دارند که منشأ آن کمربند کویپر یا منطقه‌ی دونات شکل از اجرام یخی آن سوی نپتون است.

برخلاف تصور قبلی که غول‌های یخی را مملو از آب فرض می‌کرد، بخش زیادی از اجرام خرده‌سیاره‌مانند غنی از کربن است. بنابراین چگونه ممکن است با مقدار کمی اجزای سازنده یخی، سیاره‌ای از نوع غول یخی تشکیل شود؟ پژوهشگرها برای حل این معما، صدها هزار مدل از فضای داخلی اورانوس و نپتون را تولید کردند. الگوریتمی که آن‌ها به کار بردند کار را با تطبیق یک ترکیب مناسب برای سطح سیاره آغاز کرد و سپس به تدریج راه خود را به سمت نقاط مرکزی سیاره پیدا کرد.

پژوهشگرها همچنین مواد شیمیایی مختلف مثل آهن، آب و متان، مؤلف اصلی گاز طبیعی را درنظر گرفتند. سپس بررسی کردند کدام مدل از نظر ویژگی‌هایی مثل شعاع و جرم به غول‌های گازی واقعی شبیه است. ستاره‌شناس‌ها از میان مدل‌های مختلف، مدل‌های دارای متان را منطبق با معیارهایشان ارزیابی کردند. این متان می‌تواند به شکل توده‌های جامد وجود داشته باشد یا با توجه به فشار یا به شکل خمیری دربیاید و لایه‌ای ضخیم بین پوشش هیدروژنی هلیومی و لایه‌ی آبی را شکل دهد. در برخی مدل‌ها، متان ۱۰ درصد از جرم سیاره را تشکیل می‌داد.

متان یادشده می‌تواند کلیدی برای حل پارادوکس یخ باشد. یخ زمانی شکل می‌گیرد که هیدروژن موجود در سیاره‌های در حال رشد با کربن موجود در خرده‌سیاره‌هایی که جذب سیاره شده‌اند، واکنش شیمیایی دهد. چنین واکنشی تحت دما و فشارهای بسیار بالا مثل میلیون‌ها برابر فشار هوایی که روی زمین تجربه می‌کنیم، رخ می‌دهد. به باور دانشمندان این دقیقا همان شرایطی است که در سیاره‌های در حال رشد دیده می‌شود.

یافته‌ها می‌توانند دیدگاه‌های بیشتری را درباره‌ی نپتون و اورانوس ارائه دهند. گرچه صحت‌سنجی وجود متان زیاد در این سیاره‌ها کار دشواری است، این بررسی می‌تواند هدفی برای مأموریت‌های پیشنهادی ناسا و دیگر سازمان‌های فضایی باشد که هدف کاوش اورانوس را در سر دارند.

یافته‌های پژوهش هنوز تحت داوری همتا قرار نگرفته و در پایگاه داده آرکایو منتشر شده‌اند.