دو سیاره عجیب: رمز و راز مغناطیسی حل نشده در اورانوس و نپتون

نپتون و اورانوس دو خارجی ترین هستند سیارات منظومه شمسی و دو غول گازی. اعتبار: ناسا
اورانوس و نپتون هر دو دارای یک میدان مغناطیسی کاملاً کج هستند ، شاید به دلیل ساختارهای درونی خاص سیارات. اما آزمایشات جدید محققان ETH Zurich اکنون نشان می دهد که این معما هنوز حل نشده است
دو سیاره بزرگ گازی اورانوس و نپتون دارای میدان مغناطیسی عجیبی هستند. اینها هر کدام نسبت به محورهای چرخشی سیاره کاملاً متمایل هستند و از مرکز فیزیکی سیاره جبران می شوند. دلیل این امر یک راز دیرینه در علوم سیاره ای بوده است. نظریه های مختلف فرض می کنند که ساختار درونی منحصر به فرد این سیارات می تواند مسئول این پدیده عجیب باشد. طبق این نظریه ها ، میدان مغناطیسی کج در اثر گردش خون در یک لایه همرفت ، که از یک مایع رسانای الکتریکی تشکیل شده است ، ایجاد می شود. این لایه همرفت به نوبه خود یک لایه غیر همرفت لایه ای پایدار را احاطه کرده است که در آن به دلیل گرانروی زیاد ، هیچ گردش خون وجود ندارد و بنابراین هیچ تاثیری در میدان مغناطیسی ندارد.
حالتهای فوق العاده h4>
شبیه سازی های رایانه ای نشان می دهد که آب و آمونیاک ، اجزای اصلی اورانوس و نپتون ، در فشارها و دمای بسیار بالا وارد حالت غیرمعمولی می شوند: یک حالت “فوق العاده” ، که دارای خواص جامد و مایع است. در این حالت ، یون های هیدروژن در ساختار شبکه ای که توسط اکسیژن یا نیتروژن تشکیل شده است متحرک می شوند.

مطالعات تجربی اخیر تأیید می کنند که آب فوق العاده می تواند در عمقی وجود داشته باشد که طبق تئوری ، منطقه لایه پایدار واقع شده است. بنابراین می تواند این باشد که لایه طبقه بندی شده توسط اجزای سوپرونیک تشکیل شده است. با این حال ، مشخص نیست که آیا این اجزا در واقع قادر به مهار همرفت هستند ، زیرا خصوصیات فیزیکی حالت سوپرونیک مشخص نیست.
فشار زیاد در کوچکترین فضا h4>
توموکی کیمورا و موتوخیکو موراکامی از گروه علوم زمین در ETH زوریخ اکنون یک قدم به یافتن پاسخ نزدیک شده اند. این دو محقق آزمایش های فشار و دمای بالا را با آمونیاک در آزمایشگاه خود انجام داده اند. هدف از آزمایشات تعیین کشش ماده سوپرونیک بود. الاستیسیته یکی از مهمترین خصوصیات فیزیکی است که بر همرفت حرارتی در گوشته سیاره ای تأثیر می گذارد. قابل توجه است که کشش مواد در حالت جامد و مایع کاملاً متفاوت است.
محققان برای تحقیقات خود از دستگاه فشار قوی به نام سلول سندان الماس استفاده کردند. در این دستگاه ، آمونیاک در یک ظرف کوچک با قطر حدود 100 میکرومتر قرار می گیرد ، سپس در میان دو نوک الماس که نمونه را فشرده می کنند ، بسته می شود. این امکان را فراهم می آورد که مواد تحت فشارهای بسیار شدید مانند فشارهای موجود در اورانوس و نپتون قرار بگیرند.
سپس نمونه را تا بیش از 2000 درجه گرم می کنند سانتیگراد با لیزر مادون قرمز. در همان زمان ، یک پرتو لیزر سبز نمونه را روشن می کند. با اندازه گیری طیف موج نور لیزر سبز پراکنده ، محققان می توانند خاصیت ارتجاعی ماده و پیوند شیمیایی موجود در آمونیاک را تعیین کنند. از تغییرات طیف موج در فشارها و دماهای مختلف می توان برای تعیین کشش آمونیاک در اعماق مختلف استفاده کرد.
مرحله جدیدی کشف شد h4>
در اندازه گیری های خود ، کیمورا و موراکامی فاز جدید آمونیاک سوپریونیک (فاز γ) را کشف کرده اند که خاصیت ارتجاعی مشابه فاز مایع را نشان می دهد. این مرحله جدید ممکن است در اعماق فضای داخلی اورانوس و نپتون پایدار باشد و بنابراین در آنجا رخ می دهد. با این حال ، آمونیاک سوپریونیک مانند یک مایع رفتار می کند و بنابراین به اندازه کافی چسبناک نیست که به تشکیل لایه غیر همرفت کمک کند.
با توجه به نتایج جدید ، این سوال که آب فوق العاده دارای چه خصوصیاتی در داخل اورانوس و نپتون است ، فوری تر است. در حال حاضر ، رمز و راز دلیل وجود این میدان مغناطیسی نامنظم در این دو سیاره هنوز حل نشده باقی مانده است.
مرجع: “پاسخ الاستیک مایع مانند NH سوپریونیک 3 در اورانوس و نپتون” توسط توموکی کیمورا و موتوخیکو موراکامی ، 31 مارس 2021 ، مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم . DOI: 10.1073 / pnas.2021810118