Uran i Neptun mogą mieć różną historię powstania

Uran i Neptun często uznawane są za planety bliźniacze ze względu na podobne rozmiary i budowę. Nowe badanie wykazało jednak istotne różnice w składzie chemicznym ich atmosfer, które mogą podważać dotychczasowe założenia dotyczące pochodzenia obu lodowych olbrzymów.

Uran i Neptun różnią się składem chemicznym

W ramach nowego badania naukowcy m.in. z Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Southwest Research Institute, Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux, Dublin Institute for Advanced Studies oraz Space Science Institute bezpośrednio zbadali głębokie warstwy atmosfer Urana i Neptuna i odkryli istotne różnice w ich składzie chemicznym. Zdaniem astronomów Neptun najpewniej jest znacznie bogatszy w tlen niż Uran. Wyniki te sugerują, że oba lodowe olbrzymy mogły powstać w różnych regionach pierwotnego Układu Słonecznego, zanim dotarły na swoje obecne orbity. Podważa to koncepcję ich wspólnego pochodzenia, zgodnie z którą obie planety często uznawane są za bliźniacze. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Astronomy & Astrophysics”.

Uran i Neptun należą do najsłabiej poznanych planet Układu Słonecznego. W ich pobliżu znalazła się dotąd tylko sonda Voyager 2, która minęła pierwszą z nich w 1986 roku, a drugą w 1989 roku. Ustalenie, jak powstały, jest istotne dla planetologii, ponieważ światy o podobnych rozmiarach stanowią ponad połowę spośród około 6 tys. znanych egzoplanet.

Jak naukowcy zbadali głębokie warstwy atmosfer planet?

Aby odtworzyć historię Urana i Neptuna, naukowcy starali się ustalić skład głębokich warstw ich atmosfer. Bezpośrednie obserwacje tych rejonów utrudniały liczne, nakładające się warstwy chmur. Badacze szukali więc związków chemicznych, które pozwoliłyby pośrednio zbadać te niedostępne obszary. Jednym z takich wskaźników był tlenek węgla (CO). Występował lub powstawał w głębi atmosfery, skąd mógł przemieszczać się przez kolejne warstwy ku wyższym partiom, dostępnym obserwacjom. Pomiar jego stężenia pozwalał uzyskać informacje o obszarach położonych znacznie poniżej widocznej pokrywy chmur.

Astronomowie połączyli modele komputerowe opisujące reakcje chemiczne i transport substancji w atmosferach z najnowszymi obserwacjami tlenku węgla, uzyskanymi między innymi za pomocą interferometru ALMA. Pozwoliło im to określić stosunek zawartości węgla do tlenu (C/O) w głębokich warstwach Urana i Neptuna. Wskaźnik ten stanowi chemiczny ślad materiałów, z których uformowały się obie planety.

Jak wskazywały wcześniejsze badania, Neptun wydawał się znacznie bogatszy w tlen niż Uran. Po uwzględnieniu zawartości węgla stosunek zawartości węgla do tlenu (C/O) okazywał się niższy w przypadku Neptuna, choć możliwe wartości tego wskaźnika dla obu światów częściowo się pokrywały. Zdaniem naukowców ta różnica byłaby trudna do wyjaśnienia przy założeniu, że obie planety powstały z materiałów o takim samym składzie, w podobnym regionie dysku gazu i pyłu otaczającego młode Słońce.

Gdzie mogły powstać Uran i Neptun?

Porównując wyniki z modelem opisującym ewolucję chemiczną wczesnego Układu Słonecznego, astronomowie wskazali, że Uran i Neptun mogły powstać w różnych miejscach. Uran mógł uformować się stosunkowo daleko od Słońca, w pobliżu obecnej orbity. Neptun natomiast mógł narodzić się bliżej gwiazdy, w regionie, w którym materiał budulcowy planet zawierał więcej tlenu, a następnie przemieścić się na obecną orbitę. Dokładny przebieg powstawania obu światów i ich wędrówki na początku historii naszego kosmicznego sąsiedztwa nadal pozostaje jednak niewyjaśniony.

Jak podkreślają badacze, wyniki nie pozwalają jeszcze jednoznacznie odtworzyć historii obu planet. Nadal nie wiadomo dokładnie, jak materia przemieszcza się między różnymi poziomami ich głębokich atmosfer. Kolejne obserwacje pozwolą dokładniej określić skład tych obszarów i zweryfikować proponowane scenariusze. Więcej informacji mogłaby dostarczyć misja poświęcona lodowym olbrzymom.

Emil Gołoś