В тропосфере Урана впервые обнаружили угарный газ, что указало на богатые кислородом недра планеты
Международная команда астрономов под руководством Тибальта Кавалье из Университета Бордо впервые зарегистрировала угарный газ (CO) в тропосфере Урана — нижнем облачном слое планеты.
Открытие, сделанное с помощью радиотелескопов ALMA в Чили в 2022–2024 годах, указывает на внутреннее происхождение газа и высокое содержание кислорода в недрах ледяного гиганта.
Главные мысли за 1 минуту:
- В тропосфере Урана впервые зафиксирован угарный газ в концентрации 5,8±0,3 части на миллиард — это прямое свидетельство внутреннего источника кислорода.
- Содержание кислорода в недрах планеты как минимум в 52 раза выше, чем в протопланетной туманности, что говорит о захвате большого количества воды и льдов во время формирования.
- Наблюдения опровергают гипотезу о том, что Уран беден кислородом; теперь предстоит уточнить модели его строения и объяснить различия с Нептуном.
- В стратосфере Урана также впервые найден циановодород (HCN) — индикатор азотных процессов и внешнего притока межпланетного вещества.
Почему угарный газ — ключ к тайнам Урана
Астрономы давно знали: в атмосфере Нептуна присутствует угарный газ внутреннего происхождения — его нашли ещё в 1990-х. А вот на Уране CO долгое время фиксировали только в верхних слоях, где его концентрация убывала с глубиной.
Это заставило учёных предполагать внешний источник — например, кометную пыль, — и породило споры: а не отличается ли внутренний состав Урана от Нептуна кардинально?
Угарный газ (CO) выступает химическим маркером: если он рождается в недрах, значит, там есть вода и другие кислородсодержащие «льды». Если же газ поступает извне, планета может быть более каменистой и сухой.
Новая работа, опубликованная в рецензируемом журнале, поставила точку в этом споре.
ALMA разглядела CO в нижней атмосфере
Используя три сеанса наблюдений комплекса радиотелескопов ALMA в чилийской пустыне Атакама (2022–2024 годов), команда Кавалье обнаружила в тропосфере Урана чёткий спектральный след угарного газа.
Измеренный уровень — 5,8 ± 0,3 части на миллиард — однозначно указывает на внутреннее происхождение: в нижних слоях CO не может долго сохраняться без постоянного пополнения из недр.
Расчёт кислорода: в 52 раза больше, чем в протопланетном облаке
По концентрации CO астрономы вычислили объём связанного кислорода в мантии планеты. Результат: его как минимум в 52 раза больше, чем в исходной протопланетной туманности, из которой формировалась Солнечная система.
Это означает, что Уран при рождении поглотил огромное количество воды, аммиака и метана — типичных «льдов», которые составляют основу массы ледяных гигантов.
Открытие снимает прежнее противоречие с Нептуном: теперь модель внутреннего строения Урана должна быть пересмотрена. Учёные смогут точнее понять, почему две внешне похожие планеты могли иметь разную историю аккреции.
Циановодород — неожиданный азотный сигнал
Попутно та же команда впервые обнаружила в стратосфере Урана циановодород (HCN). Это соединение встречается в ничтожных количествах и служит индикатором поведения азота. Оно может образовываться под действием солнечного ультрафиолета или поступать с межпланетной пылью и кометными остатками.
Наличие HCN даёт ключ к пониманию вертикального перемешивания атмосферы и реакции азотсодержащих соединений на излучение. Теперь у планетологов появился ещё один инструмент для изучения динамики внешних оболочек Урана.
Что дальше
Полученные данные уже сейчас позволяют уточнить модели внутреннего состава и формирования ледяных гигантов. Следующий шаг — сопоставить истории рождения Урана и Нептуна, чтобы выявить, почему при близком внешнем сходстве их недра оказались разными по содержанию кислорода.
Новые наблюдения, в том числе с помощью наземных телескопов и будущих космических миссий, помогут проверить эти модели.