Новое исследование ставит под сомнение классификацию Урана и Нептуна как ледяных гигантов

Традиционное представление об Уране и Нептуне как о «ледяных гигантах», состоящих преимущественно из воды, метана и аммиака, подвергается сомнению в новом исследовании, опубликованном в декабре 2025 года в журнале «Astronomy & Astrophysics». Ученые из Цюрихского университета (UZH), докторант Лука Морф и профессор Равит Хеллед, представили результаты, указывающие на то, что эти внешние планеты могут иметь значительно более каменистый состав, чем считалось ранее. Это открытие имеет существенные последствия для моделей формирования планетных систем, учитывая, что большинство известных экзопланет сопоставимы по размеру с Ураном и Нептуном.

Планеты, расположенные за газовыми гигантами в Солнечной системе, долгое время классифицировались как ледяные гиганты, что базировалось скорее на гипотезах, нежели на обширных эмпирических данных. Изучение этих миров ограничено, поскольку их посетил только зонд «Вояджер-2» в 1986 и 1989 годах. Исследователи UZH применили новый, композиционно «агностический» подход к моделированию. Этот метод позволил сгенерировать тысячи случайных профилей плотности, отбирая только те, которые соответствовали фактическим наблюдениям «Вояджера-2», в отличие от предыдущих моделей, которые навязывали строгое слоистое строение или опирались на упрощенные эмпирические профили.

Полученные наилучшие соответствия состава предполагают, что планеты могут быть преимущественно каменистыми. Анализ показывает, что соотношение массы камня к воде у Урана может быть почти в десять раз больше, чем у Нептуна, что указывает на внутреннее разнообразие между двумя планетами. Такая более каменистая интерпретация согласуется с данными о составе Плутона, объекта Пояса Койпера, который, как известно, примерно на 70% состоит из камня и металла. Диапазон допустимых моделей для Урана охватывает стократную разницу в соотношении массы камня к воде, от 0,04 до почти 4.

Новые модели также предлагают объяснение хаотичным, многополюсным магнитным полям, наблюдаемым на обеих планетах. Команда обнаружила, что слои «ионной воды» на различных глубинах могут генерировать независимые магнитные динамо, объясняя недипольные геометрии полей, в отличие от относительно простого дипольного поля Земли. Профессор Хеллед отметила, что исследования показывают, что магнитное поле Урана зарождается глубже, чем магнитное поле Нептуна. Тем не менее, исследователи предостерегают, что сохраняются значительные неопределенности из-за недостаточного понимания поведения материалов при экстремальных внутренних давлениях и температурах.

Профессор Хеллед подчеркнула, что текущих данных недостаточно для окончательного различения между каменистыми или ледяными гигантами, и необходимы специализированные миссии для раскрытия их истинных внутренних структур. Будущие исследования остаются высоким приоритетом для космических агентств. Концепция NASA «Орбитальный аппарат и зонд для Урана» (UOP) является миссией Флагманского класса наивысшего приоритета согласно Декадному обзору 2023–2032 годов, хотя предполагаемая дата запуска сдвинута на середину-конец 2030-х годов из-за дефицита производства плутония. Китай планирует миссию «Тяньвэнь-4», которая включает пролет Урана, запланированный примерно на март 2045 года, после запуска около 2030 года.