Nowe badanie podważa klasyfikację Urana i Neptuna jako lodowych gigantów

Tradycyjny pogląd, zgodnie z którym Uran i Neptun to planety typu „lodowy gigant”, złożone głównie z wody, metanu i amoniaku, został zakwestionowany w nowym raporcie naukowym. Badanie, opublikowane w grudniu 2025 roku w czasopiśmie „Astronomy & Astrophysics”, przedstawia wyniki sugerujące, że te zewnętrzne planety Układu Słonecznego mogą mieć znacznie bardziej skalisty skład, niż dotychczas sądzono. Naukowcy z Uniwersytetu w Zurychu (UZH), doktorant Luca Morf oraz profesor Ravit Hellel, stoją za tym odkryciem, które ma istotne implikacje dla modeli formowania się układów planetarnych, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że większość znanych egzoplanet jest zbliżona rozmiarem do Urana i Neptuna.

Klasyfikacja planet położonych za gazowymi gigantami w naszym systemie jako lodowych gigantów opierała się dotychczas bardziej na hipotezach niż na szerokich danych empirycznych. Badanie tych odległych światów jest utrudnione, ponieważ odwiedziła je tylko sonda „Voyager 2” – w 1986 i 1989 roku. Zespół UZH zastosował innowacyjne podejście modelowania, określane jako „agnostyczne kompozycyjnie”. Metoda ta pozwoliła na wygenerowanie tysięcy losowych profili gęstości, z których wybrano tylko te, które były zgodne z faktycznymi obserwacjami „Voyagera 2”. Stanowi to odejście od wcześniejszych modeli, które narzucały sztywną strukturę warstwową lub opierały się na uproszczonych profilach empirycznych.

Najlepiej dopasowane modele kompozycyjne wskazują, że planety te mogą być w przeważającej mierze skaliste. Analiza sugeruje, że stosunek masy skał do wody w przypadku Urana może być niemal dziesięciokrotnie wyższy niż w przypadku Neptuna, co świadczy o wewnętrznym zróżnicowaniu między obiema planetami. Taka interpretacja, zakładająca większą zawartość skał, jest zbieżna z danymi dotyczącymi składu Plutona, obiektu Pasa Kuipera, który, jak wiadomo, składa się w około 70% ze skał i metali. Zakres dopuszczalnych modeli dla Urana obejmuje sto razy większą różnicę w stosunku masy skał do wody, wahając się od 0,04 do niemal 4.

Nowe modele dostarczają również wyjaśnienia dla chaotycznych, wielobiegunowych pól magnetycznych obserwowanych na obu planetach. Badacze odkryli, że warstwy „jonowej wody” na różnych głębokościach mogą generować niezależne dynama magnetyczne. To zjawisko tłumaczy nie-dipolowe geometrie pól, w przeciwieństwie do stosunkowo prostego pola dipolowego Ziemi. Profesor Hellel zaznaczyła, że badania sugerują, iż pole magnetyczne Urana ma swoje źródło głębiej niż pole magnetyczne Neptuna. Niemniej jednak, naukowcy ostrzegają, że nadal utrzymują się znaczące niepewności, wynikające z niedostatecznej wiedzy o zachowaniu materii przy ekstremalnych ciśnieniach i temperaturach panujących we wnętrzach tych planet.

Profesor Hellel podkreśliła, że obecne dane nie są wystarczające do definitywnego rozstrzygnięcia, czy mamy do czynienia z gigantami skalistymi, czy lodowymi. Kluczowe dla poznania ich rzeczywistych struktur wewnętrznych będą dedykowane misje kosmiczne. Przyszłe badania pozostają priorytetem dla agencji kosmicznych. Koncepcja NASA „Orbiter and Probe for Uranus” (UOP) jest misją klasy Flagship o najwyższym priorytecie zgodnie z Przeglądem Dekadalnym na lata 2023–2032, choć przewidywany termin startu przesunął się na połowę lub koniec lat 30. XXI wieku z powodu ograniczonej podaży plutonu. Z kolei Chiny planują misję „Tianwen-4”, która obejmuje przelot obok Urana, co jest przewidywane na marzec 2045 roku, po planowanym starcie około 2030 roku.