Ett team av forskare från Zürichs universitet och NCCR PlanetS utmanar vår förståelse av solsystemets planeters inre. Uranus och Neptunus, de två yttersta planeterna, kan ha en mer stenig och mindre isig sammansättning än man tidigare trott.
Planeterna i solsystemet delas vanligtvis in i tre kategorier baserat på deras sammansättning: de fyra steniga planeterna (Merkurius, Venus, Jorden och Mars), följt av de två gasjättarna (Jupiter och Saturnus) och slutligen de två isjättarna (Uranus och Neptunus). Enligt forskning utförd av det vetenskapliga teamet vid UZH kan Uranus och Neptunus faktiskt vara mer steniga än isiga.
Den nya studien, som publicerats i Astronomy & Astrophysics, hävdar inte att de två blå planeterna är av den ena eller andra typen, vatten- eller stenrika, utan ifrågasätter att isrik är den enda möjligheten. Denna tolkning stämmer också överens med upptäckten att dvärgplaneten Pluto har en stenrik sammansättning.
Teamet utvecklade en unik simuleringsprocess för Uranus och Neptunus inre. ”Klassificeringen som isjättar är förenklad, eftersom Uranus och Neptunus fortfarande är dåligt förstådda”, förklarar Luca Morf, doktorand vid Zürichs universitet och huvudförfattare till studien. ”Modeller baserade på fysik var för antagande-tunga, medan empiriska modeller är för simplistiska. Vi kombinerade båda metoderna för att få fram inre modeller som är både ’agnostiska’ eller opartiska och ändå fysiskt konsistenta.”
För att göra detta börjar de först med en slumpmässig densitetsprofil för planetens inre. Sedan beräknar de planetens gravitationsfält som är konsistent med observationsdata och drar slutsatser om en möjlig sammansättning. Slutligen upprepas processen för att få bästa möjliga matchning mellan modellerna och observationsdata.
En helt ny rad möjligheter
Med sin nya agnostiska, men ändå helt fysiska modell, fann teamet vid Zürichs universitet att den potentiella inre sammansättningen av ”isjättarna” i vårt solsystem inte alls är begränsad till endast is (vanligtvis representerad av vatten).
”Det är något som vi först föreslog för nästan 15 år sedan, och nu har vi det numeriska ramverket för att demonstrera det”, avslöjar Ravit Helled, professor vid Zürichs universitet och initiativtagare till projektet. Den nya skalan av inre sammansättning visar att båda planeterna kan vara antingen vattenrika eller stenrika.
Studien ger också nya perspektiv på Uranus och Neptunus gåtfulla magnetfält. Medan jorden har tydliga magnetiska nord- och sydpoler är magnetfälten hos Uranus och Neptunus mer komplexa, med fler än två poler.
”Våra modeller har så kallade ’joniska vattenlager’ som genererar magnetiska dynamon på platser som förklarar de observerade icke-dipolära magnetfälten. Vi har också upptäckt att Uranus magnetfält har sitt ursprung djupare än Neptunus”, förklarar Helled.
Behovet av nya rymduppdrag
Även om resultaten är lovande kvarstår en viss osäkerhet. ”Ett av de största problemen är att fysiker fortfarande knappt förstår hur material beter sig under de exotiska tryck- och temperaturförhållanden som råder i planeternas kärnor. Detta kan påverka våra resultat”, säger Luca Morf, som planerar att utvidga modellerna i framtiden.
Trots osäkerheterna banar de nya resultaten också väg för nya potentiella scenarier för planeternas inre sammansättning, vilket utmanar decenniegamla antaganden och vägleder framtida materialvetenskaplig forskning om planetariska förhållanden. Både Uranus och Neptunus kan vara bergjättar eller isjättar beroende på modellantagandena. De nuvarande uppgifterna är för närvarande otillräckliga för att skilja mellan de två, och vi behöver därför särskilda missioner till Uranus och Neptunus som kan avslöja deras sanna natur, avslutar Helled.
Mer information: Luca Morf et al, Icy or rocky? Convective or stable? New interior models of Uranus and Neptune, Astronomy & Astrophysics (2025). DOI: 10.1051/0004-6361/202556911
