Нове дослідження ставить під сумнів статус Урана та Нептуна як «крижаних гігантів»

Традиційне уявлення про Уран та Нептун як про «крижані гіганти», чий склад переважно складається з води, метану та аміаку, зазнає серйозної переоцінки. Це відбувається завдяки свіжому науковому доробку, опублікованому у грудні 2025 року у престижному журналі «Astronomy & Astrophysics». Вчені із Цюрихського університету (UZH), а саме докторант Лука Морф та професорка Равіт Хеллед, представили результати, які свідчать: ці віддалені планети можуть мати значно більшу частку кам’янистих порід, ніж припускалося раніше. Це відкриття має далекосяжні наслідки для розробки моделей формування планетних систем, адже більшість відомих нам екзопланет за розмірами подібні саме до Урана та Нептуна.

Планети, розташовані далі за газових гігантів у нашій Сонячній системі, тривалий час класифікувалися як крижані гіганти. Варто зазначити, що ця класифікація ґрунтувалася скоріше на теоретичних припущеннях, аніж на широкому спектрі емпіричних доказів. Дослідження цих світів є вкрай обмеженим, адже лише апарат «Вояджер-2» здійснив їхній проліт – у 1986 та 1989 роках. Команда UZH застосувала інноваційний, «композиційно-агностичний» підхід до моделювання. Ця методика дозволила створити тисячі випадкових профілів густини, відбираючи лише ті, що точно відповідали фактичним даним, отриманим «Вояджером-2». На відміну від попередніх моделей, які жорстко диктували шарувату структуру або спиралися на спрощені емпіричні профілі, новий метод є значно гнучкішим.

Найкращі згенеровані моделі складу натякають на те, що ці планети можуть бути переважно кам’янистими. Аналіз показує, що співвідношення маси каміння до води в Урані може бути майже у десять разів вищим, ніж у Нептуна. Це вказує на помітну внутрішню відмінність між двома планетами. Така інтерпретація, що схиляється до кам’янистої природи, цілком узгоджується зі складом Плутона, об’єкта Поясу Койпера, який, як відомо, приблизно на 70 відсотків складається з каменю та металу. Діапазон допустимих моделей для Урана охоплює стократну різницю у співвідношенні маси каміння до води – від 0,04 до майже 4.

Нові розробки також пропонують логічне пояснення хаотичним, багатополюсним магнітним полям, які спостерігаються на обох планетах. Дослідники з’ясували, що шари «іонної води» на різних глибинах здатні генерувати незалежні магнітні динамо. Це чудово пояснює недипольні геометрії полів, на відміну від відносно простого дипольного поля нашої Землі. Професорка Хеллед зазначила, що їхні розрахунки свідчать: магнітне поле Урана формується глибше, ніж магнітне поле Нептуна. Однак науковці застерігають: незважаючи на прогрес, залишається значна невизначеність через недостатнє розуміння того, як поводяться матеріали під дією екстремальних внутрішніх тисків та температур.

Професорка Хеллед наголосила, що наявних на сьогодні даних недостатньо для остаточного висновку щодо того, чи є планети кам’янистими чи крижаними гігантами. Для розкриття їхньої справжньої внутрішньої будови необхідні спеціалізовані космічні місії. Планування таких досліджень залишається найвищим пріоритетом для світових космічних агентств. Наприклад, концепція NASA «Орбітальний апарат та зонд для Урана» (UOP) визнана місією Флагманського класу найвищого пріоритету згідно з Декадним оглядом на 2023–2032 роки. Хоча очікувана дата запуску змістилася на середину-кінець 2030-х років через дефіцит виробництва плутонію. Китай також не стоїть осторонь: їхня місія «Тяньвэнь-4» передбачає проліт повз Уран, запланований приблизно на березень 2045 року, після очікуваного запуску близько 2030 року.