این پرسشی است که مطالعهای تازه، که برای انتشار در نشریهی Astronomy & Astrophysics پذیرفته شده است، به دنبال پاسخ به آن است. در این پژوهش، تیمی از محققان دانشگاه زوریخ ساختارهای داخلی اورانوس و نپتون را بررسی کردهاند. این مطالعه میتواند به دانشمندان کمک کند نه تنها درک بهتری از شکلگیری و تکامل اورانوس و نپتون پیدا کنند، بلکه بینشهای کلیدی دربارهی مشتری، زحل و همچنین سیارههای فراخورشیدی گازی نیز ارائه دهد.
برای انجام این مطالعه، پژوهشگران مجموعهای از مدلهای کامپیوتری را تحلیل کردند که بهمنظور شبیهسازی ساختارهای داخلی اورانوس و نپتون بر اساس دادههای فعلی هر سیاره طراحی شده بودند. این دادهها شامل جرم، شعاع استوایی، فشار، شعاع مرجع، دورهی چرخش و لحظات گرانشی سیارهها بودند. با ترکیب این اطلاعات با الگوریتمهای جدید، محققان به دنبال درک بهتر از ساختارهای داخلی هر دو سیاره و بهطور کلی ساختارهای داخلی سیارهها بودند.
در حالی که شعاع استوایی یک سیاره معمولاً از مرکز آن تا خط استوای سطح جامد آن اندازهگیری میشود، این روش برای سیارههای گازی مانند اورانوس و نپتون بهطور مستقیم قابل استفاده نیست. برای این سیارهها، شعاع استوایی از مرکز سیاره تا لبهی جو گازی آنها اندازهگیری میشود. بنابراین، برای مدلسازی سیارههای گازی مانند اورانوس و نپتون از شعاعهای مرجع استفاده میشود.
در نهایت، پژوهشگران دریافتند که ترکیب داخلی اورانوس و نپتون عمدتاً از سنگ و آب تشکیل شده است. نسبت سنگ به آب در اورانوس تقریباً ده برابر نپتون است. بر این اساس، پژوهشگران پیشنهاد میکنند که طبقهبندی دیرینهی این دو سیاره بهعنوان «غولهای یخی» بهتر است به «غولهای سنگی» تغییر یابد.
این مطالعه نتیجهگیری میکند:
«با توجه به احتمال مأموریتهای آیندهی اختصاصی به اورانوس و نپتون، روش ما ابزاری انعطافپذیر و بیطرف برای تفسیر دادههای آتی ارائه میدهد. در نهایت، ساختارهای داخلی اورانوس و نپتون همچنان رمزآلود باقی ماندهاند، نه به این دلیل که دسترسی به آنها غیرممکن است، بلکه به این دلیل که دادههای لازم برای آشکارسازی اسرار آنها هنوز در دسترس نیست. تا آن زمان، تنها مجموعهای از مدلها، نه یک مدل منفرد، میتواند دامنهی کامل احتمالات برای اعماق پنهان آنها را نشان دهد.»
تنها فضاپیمای ساختهشده توسط انسان که تاکنون از اورانوس و نپتون بازدید کرده است، Voyager 2 ناسا است که به ترتیب در ژانویه ۱۹۸۶ و آگوست ۱۹۸۹ انجام شد. با وجود این دو پرواز کوتاه، Voyager 2 حجم زیادی از اطلاعات دربارهی هر دو غول گازی جمعآوری کرد، از جمله دادههایی دربارهی جو، ترکیبهای داخلی، قمرها و ویژگیهای چرخشی آنها.
برای اورانوس، Voyager 2 دو حلقه و ده قمر جدید کشف کرد که بینش تازهای دربارهی تشکیل و تکامل اجرام سنگی سیارهای ارائه داد. این فضاپیما اولین بار نشان داد که اورانوس بهصورت جانبی میچرخد، اما همچنان میدان مغناطیسی مشابه زمین دارد. همچنین قطب روشن آن تابش فرابنفش و نور خاصی از خود ساطع میکند. برای نپتون، Voyager 2 جرم سیاره را اندازهگیری کرد و همچنین شفقهای قطبی ضعیفتری نسبت به زمین مشاهده کرد، زیرا میدان مغناطیسی نپتون از مرکز سیاره فاصله داشت.
مأموریتهای آینده برای اورانوس هنوز یا فقط پیشنهاد شدهاند یا در مراحل برنامهریزی قرار دارند، از جمله فضاپیمای Tianwen-4 چین و مأموریت پیشنهادی ناسا به نام Uranus Orbiter and Probe. برای نپتون نیز بیش از نیمدوجین مأموریت پیشنهاد شده است، مهمترین آنها Neptune Odyssey ناسا است. یکی از دلایل اصلی عدم ارسال فضاپیمای جدید به اورانوس یا نپتون، فاصلهی عظیم و زمان طولانی رسیدن به آنهاست. Voyager 2 با بهرهگیری از چیدمان سیارهای خاصی که تنها هر ۱۷۵ سال یک بار رخ میدهد، توانست به همراه فضاپیمای دوقلوی خود، Voyager 1، تمام سیارههای بیرونی را در مدت زمان کوتاه بازدید کند.
اورانوس و نپتون سالها بهعنوان «غولهای یخی» شناخته شدهاند، زیرا نسبت آب به سنگ در آنها بیشتر از مشتری و زحل است؛ در حالی که مشتری و زحل عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده و بهدرستی بهعنوان «غولهای گازی» طبقهبندی میشوند. بنابراین، مطالعاتی مانند این، نه تنها به دانشمندان کمک میکند تا تشکیل و تکامل غولهای گازی در منظومهی شمسی را بهتر درک کنند، بلکه بینشی نیز دربارهی تشکیل و تکامل سیارههای فراخورشیدی گازی ارائه میدهد.
در سالهای آینده، محققان چه کشفیاتی دربارهی ساختارهای داخلی اورانوس و نپتون خواهند داشت؟ تنها زمان پاسخ خواهد داد و این همان دلیلی است که ما علم میکنیم!
همانطور که همیشه گفته میشود: به علم ادامه دهید و همیشه به آسمان نگاه کنید!
