Исследователи из США и Великобритании предложили решение загадки, которая оставалась неразрешенной на протяжении 40 лет: почему магнитные поля Урана и Нептуна имеют крайне необычную структуру. Согласно результатам работы, опубликованным в журнале Communications Physics, причина кроется в экстремальных условиях глубоко внутри этих планет.
Аномалии ледяных гигантов
Данные о магнитных полях Урана и Нептуна были получены единственным аппаратом, посетившим эти миры, — Voyager 2 в 1986 и 1989 годах соответственно. Выяснилось, что их поля сильно смещены относительно оси вращения и не центрированы по ядру. На Уране отклонение составляет 59 градусов, а центр поля находится лишь на две трети пути к ядру. У Нептуна смещение составляет 47 градусов, а центр поля расположен посередине между ядром и верхними слоями облаков. Для сравнения, магнитное поле Земли стабильно и отклонено от оси вращения всего на 11 градусов.
Природа «кривых» полей
Ранее предполагалось, что странности Урана могли стать следствием столкновения с планетой размером с Землю миллиарды лет назад. Однако аналогичные особенности обнаружены и у Нептуна, который не подвергался подобным ударам. Это указывает на то, что причина является внутренней особенностью ледяных гигантов.
Магнитные поля создаются эффектом динамо — конвективным движением электропроводящей жидкости. Если на Земле эту роль играет расплавленное железо в ядре, то Уран и Нептун состоят из аммиака, водорода, гелия, метана и воды вокруг скалистого ядра. Из-за огромной массы планет (в 14,5 и 17 раз больше земной) в их недрах создается колоссальное давление и температура.
Руководитель исследования Чи Янь из Техасского университета в Остине пояснил, что в таких условиях молекулы воды распадаются на ионы, из-за чего материал становится более электропроводным с увеличением глубины. Компьютерное моделирование подтвердило, что такая структура проводимости способна создавать наблюдаемые аномальные магнитные поля.
Динамика и будущие исследования
Моделирование показало, что магнитные поля ледяных гигантов могут значительно меняться всего за несколько десятилетий. В то время как наклон поля Земли дрейфует примерно на один градус за 50 лет, на Уране и Нептуне отклонение может составлять десятки градусов за короткие промежутки времени.
Чтобы проверить новую модель, ученые используют данные телескопа James Webb (JWST). Том Сталлард из Университета Нортумбрии изучает инфракрасное северное сияние на обеих планетах. Поскольку полярные сияния возникают при взаимодействии солнечного ветра с магнитным полем, их форма и структура позволяют понять, как изменились поля с момента пролета Voyager 2.
Окончательно подтвердить теорию смогут будущие миссии. NASA планирует вернуться к Урану в начале 2040-х годов, а китайская миссия Tianwen-4, которая стартует к Юпитеру в 2029 году, отправит небольшой зонд к Урану, используя гравитационный маневр.
