قد لا يكون أورانوس ونبتون من عمالقة الجليد كما كان يعتقد سابقًا
يشير نموذج داخلي جديد إلى أن أورانوس ونبتون يمكن أن يكونا عالمين غنيين بالصخور أو الماء، وليس الجليد فقط، وأن مجالاتهما المغناطيسية الغريبة تنشأ على أعماق مختلفة
لعقود من الزمن، كان أورانوس ونبتون يُطلق عليهما اسم “عمالقة الجليد”. وكانت الفكرة منطقية: على عكس كوكبي المشتري وزحل، اللذين يهيمن عليهما الهيدروجين والهيليوم، يبدو أن كتلتهما تحتوي على كميات كبيرة من الماء والأمونيا والميثان في صورة مجمدة. الزيارات القريبة الوحيدة، تلك التي قام بها مسبار فوييجر 2 في عامي 1986 و1989، تركت أسئلة أكثر من الإجابات. أثبتت مجالاتها المغناطيسية أنها محيرة، مع ميل العديد من الأعمدة والمحاور، وترك الجزء الداخلي منها في الظلام إلى حد كبير. الآن، تشير دراسة من جامعة زيوريخ إلى أن التسمية أبسط مما تسمح به الفيزياء الحقيقية.
ينطلق المؤلفون من نقد واضح: “إن تصنيف “عمالقة الجليد” هو تبسيط، لأن أورانوس ونبتون لا يزالان غير مفهومين بشكل جيد”، كما يقول لوكا مورف، طالب الدكتوراه في زيوريخ. تقليديا كان هناك طريقان. اعتمدت بعض النماذج على فيزياء المواد عند ضغوط هائلة وتتطلب الكثير من الافتراضات. وكان البعض الآخر تجريبيًا، ومُعدلًا وفقًا لبيانات الرصد، لكنه كان تخطيطيًا للغاية لدرجة أنهم فقدوا إخلاصهم. قام الفريق بمزج العالمين وبنى نماذج داخلية كانت “محايدة” في نقطة بدايتها، ولكنها متوافقة مع القوانين الفيزيائية المعروفة.
أورانوس ونبتون، عمالقة الصخور؟
الوصفة بارعة. يبدأون بملف تعريف عشوائي للكثافة الداخلية للكوكب، ويحسبون مجال الجاذبية الذي سينتجه، ويقارنونه بالقياسات الفعلية. ثم يقومون بعد ذلك بتصحيح الوضع وتكرار الدورة حتى يحققوا التوافق الأكثر دقة قدر الإمكان. تستكشف هذه الحلقة، التي تغذيها القيود المادية، العديد من البنى الداخلية التي تتناسب مع ما نعرفه عن كتلة وحجم ودوران كلا العالمين.
النتيجة؟ لا يقتصر التكوين بأي حال من الأحوال على الجليد. يوضح البروفيسور رافيت هيلد: “إنه شيء اقترحناه منذ 15 عامًا تقريبًا، والآن لدينا الإطار العددي لإثبات ذلك”. “إن المجموعة الجديدة من التركيبات الداخلية تظهر أن كلا الكوكبين يمكن أن يكونا غنيين بالمياه أو غنيين بالصخور.” بمعنى آخر، قد لا يكون “عملاق الجليد” لقبًا دقيقًا. يمكن أن يكونوا، اعتمادًا على الافتراضات، عمالقة صخرية ذات عباءات غريبة، أو، إذا سقط الميزان على الجانب الآخر، عوالم محملة بالمياه في حالات بالكاد نفهمها.
يسلط البحث أيضًا الضوء على مجالاته المغناطيسية، والتي تختلف تمامًا عن ثنائي القطب المرتب للأرض. كوكبنا لديه أقطاب محددة جيدا. يُظهر أورانوس ونبتون أنماطًا أكثر فوضوية، مع وجود أقطاب متعددة ومحاور بعيدة عن المركز. تشتمل النماذج الجديدة على طبقات من “الماء الأيوني”، وهو ماء يتعرض لضغوط شديدة ودرجات حرارة شديدة تؤدي إلى تحلل جزيئاته ويوصل السائل الكهرباء. في تلك المناطق الموصلة، يمكن لحركة المادة أن تعمل مثل الدينامو وتولد مجالات مغناطيسية خارج المركز، حيث تشير الملاحظات إليها. وفقًا لهيلد، “وجدنا أيضًا أن المجال المغناطيسي لأورانوس ينشأ بشكل أعمق من المجال المغناطيسي لنبتون”، وهي التفاصيل التي يمكن أن تفسر سبب عدم تشابه التوقيعات المغناطيسية بينهما.
لا تزال هناك شكوك، ولا يخفيها المؤلفون. يعترف مورف: “إحدى المشاكل الرئيسية هي أن الفيزيائيين ما زالوا بالكاد يفهمون كيف تتصرف المواد تحت ظروف الضغط ودرجة الحرارة الغريبة في قلب الكوكب، وهذا يمكن أن يؤثر على نتائجنا”. تظل فيزياء الضغط العالي، والحمل الحراري الطبقي، والانتقالات الطورية للمياه والصخور بآلاف الدرجات، جبهات بحثية مفتوحة.
تتحدى الدراسة افتراضات عمرها عقودًا، وقبل كل شيء، تحدد جدول الأعمال لما هو مطلوب بشدة: المهام المخصصة لأورانوس ونبتون. ستكون المجسات المستقبلية، المجهزة بمقاييس مغناطيسية دقيقة، قادرة على التمييز بين المناطق الداخلية التي تهيمن عليها الصخور أو المياه الغريبة، وتكشف أخيرًا عن هوية هذه العوالم المنفصلة في الجوار البعيد. الاسم الذي سيحصلون عليه لاحقًا سيكون أقل ما يمكن فعله.
مرجع
الجليدية أو الصخرية؟ الحمل الحراري أو مستقرة؟ نماذج داخلية جديدة لأورانوس ونبتون