يشك العلماء في الطبيعة الجليدية لأورانوس ونبتون

دراسة أجرتها جامعة زيورخ (UZH) والمركز الوطني للكفاءة PlanetS نشرت في المجلة علم الفلك والفيزياء الفلكيةيقترح إعادة النظر في الفهم التقليدي للهياكل الداخلية إلى أورانوس والنباتات. وحتى الآن، كانت تعتبر “عمالقة الجليد” بسبب محتواها العالي من الميثان والماء والمركبات المتطايرة الأخرى.

الحجر أم الجليد؟

ويختلف أورانوس والنباتات عن العملاقين المشتري وزحل في أنهما يحتويان على مواد أكثر تطايراً، والتي تتحول إلى مرحلة صلبة، أو “جليد”، تحت ضغط مرتفع. لكن مورف وهيلد اكتشفا أن البنية الداخلية لهذه الكواكب قد تتكون بشكل رئيسي من الصخور.

يوضح مورف: “إن تصنيف العمالقة الجليدية مبسط للغاية. لقد قمنا بدمج النماذج الفيزيائية والتجريبية لتحقيق بنية داخلية غير متحيزة ومتسقة ماديًا”.

وللقيام بذلك، أنشأ العلماء ملفات تعريف عشوائية للكثافة وحسبوا مجال الجاذبية المقابل للكوكب. وتكررت العملية عدة مرات حتى تطابقت النتائج مع ملاحظات أورانوس ونبتون. وقد سمح هذا النهج لعلماء الكواكب بتجاوز النماذج السابقة، التي اعتمدت إما على افتراضات مبسطة أو بيانات تجريبية محدودة.

الحمل الحراري داخل الكواكب

وتشير نتائج الدراسة أيضًا إلى احتمالية الحمل الحراري في المناطق الداخلية من أورانوس ونبتون. حركة المادة داخل الكوكب، تشبه النشاط التكتوني على الأرض. يمكن لمثل هذا الدوران أن يفسر المجالات المغناطيسية غير العادية التي تمتلكها هذه الكواكب، والتي تكون متعددة الأقطاب ومختلفة تمامًا عن البنية ثنائية القطب المعتادة للأرض أو المشتري.

“لقد طرحنا هذه الفرضية لأول مرة منذ 15 عامًا تقريبًا. توضح نماذجنا الآن كيف تخلق طبقات الماء الأيونية تأثيرات دينامو مغناطيسية، وهو ما يفسر الحقول غير ثنائية القطب المرصودة. وأوضح هيلد أن المجال المغناطيسي لأورانوس لديه مصدر أعمق من مصدر نبتون”.

تقتصر دراسة أورانوس ونبتون على مهمة واحدة، وهي مسبار فوييجر 2، الذي طار بالقرب من هذه الكواكب في عامي 1986 و1989. ومنذ ذلك الحين، ظلت البيانات التفصيلية حول الهياكل الداخلية لهذه الكواكب الجليدية العملاقة غير موجودة. ولا يأخذ النموذج الجديد للعلماء في الاعتبار الماء والمواد المتطايرة فحسب، بل أيضًا المواد الصخرية، متجاوزًا النماذج التقليدية.

تظهر المقارنات مع أجرام أخرى في النظام الشمسي أن بلوتو، على سبيل المثال، يتكون من حوالي 70% صخور ومعادن و30% ماء من حيث الكتلة. تدعم مثل هذه الأدلة احتمال أن يكون لأورانوس ونبتون نوى صخرية أكثر كثافة مما كان يعتقد سابقًا.

البعثات المستقبلية اللازمة

ويؤكد علماء الفلك وعلماء الكواكب أن هناك حاجة إلى بعثات فضائية جديدة لفهم البنية الداخلية لهذه الكواكب بدقة.

وأضاف هيلد: “يمكن أن يكون كل من أورانوس ونبتون إما عمالقة صخرية أو جليدية، اعتمادًا على الافتراضات المختارة. لا توجد بيانات كافية حتى الآن للتوصل إلى نتيجة نهائية”.

بالإضافة إلى التركيب الداخلي، توفر النماذج الجديدة أدلة على المجالات المغناطيسية غير العادية للكواكب وديناميكيات الغلاف الجوي. يمكن أن توفر نتائج الدراسة أيضًا إرشادات لتجارب علم المواد التي تدرس سلوك المواد تحت ضغوط شديدة ودرجات حرارة مماثلة لتلك الموجودة داخل عمالقة الجليد.

وبحسب الباحثين، فإن الأمر يستحق إعادة النظر في التصنيفات السابقة لكواكب المجموعة الشمسية. قد يكون التقسيم إلى عمالقة أرضية وغازية وجليدية أمرًا تبسيطيًا للغاية.

واختتم مورف حديثه قائلاً: “لقد أنشأنا نماذج تجمع بين القوانين الفيزيائية وبيانات المراقبة. وهذا يسمح بفهم أكثر واقعية لما يحدث تحت سطح هذه العوالم الغامضة”.