Учёные выяснили, почему аргон в атмосферах Урана и Нептуна может раскрыть историю их формирования
Исследователи из Юго-Западного научно-исследовательского института США (SwRI) установили с помощью компьютерного моделирования, что аргон-40 в атмосферах Урана и Нептуна может содержать гораздо больше информации об условиях образования планет, чем о составе их недр. Расчёты показали, что количество этого изотопа, унаследованного из первичного газопылевого облака Солнечной системы, способно значительно превосходить его поступление из каменистых внутренних слоёв. Результат меняет подход к будущему исследованию двух ледяных гигантов.
Для проверки учёные объединили расчёты радиоактивного образования аргона-40 с численной моделью эволюции протосолнечной туманности. Они проследили, как аргон конденсировался, захватывался ледяными частицами и переносился через газопылевой диск, из которого около 4,6 миллиарда лет назад сформировались планеты. Затем исследователи сравнили возможное количество первоначального аргона с тем, которое могло накопиться в недрах Урана и Нептуна в результате распада радиоактивного калия-40.
До настоящего времени аргон-40 рассматривался как потенциальный индикатор количества каменистого вещества внутри ледяных гигантов. Калий-40 содержится в горных породах и постепенно превращается в аргон-40, часть которого при определённых условиях может попадать в атмосферу. Однако новое моделирование показало, что первоначальные запасы аргона способны перекрывать этот сигнал. Следовательно, даже точное измерение общей концентрации изотопа не обязательно позволит определить, какая доля массы планеты приходится на каменистые породы.
Особое значение исследователи придают области протопланетного диска, где температура опускалась приблизительно до −253 °C. В таких условиях аргон мог конденсироваться в твёрдое вещество, а его накопление в ледяных частицах изменяло химический состав материала будущих планет. Модель предполагает, что повышенное содержание аргона в атмосферах Урана и Нептуна может сохранять следы процессов, происходивших в этой холодной области ранней Солнечной системы.
При этом исследователи не исключают возможности использовать аргон для изучения внутреннего строения планет. Для разделения первоначального и радиоактивного компонентов необходимо измерять не только общую концентрацию аргона-40, но и соотношения его изотопов, включая аргон-36 и аргон-38. Такие данные позволят оценить вклад радиоактивного распада и уточнить количество каменистого вещества, а также проверить модели формирования ледяных гигантов.
Главное ограничение заключается в том, что необходимые изотопные измерения в атмосферах Урана и Нептуна пока отсутствуют. Полученные выводы основаны на моделировании, а не на непосредственном обнаружении новых концентраций газа. Проверить их смогут будущие атмосферные зонды с высокочувствительными масс-спектрометрами, в том числе аппарат, рассматриваемый в рамках концепции NASA Uranus Orbiter and Probe.
Исследование в журнале The Planetary Science Journal.