Сушеные шарики спрятаны без аммиака на Уране и Нептуне

Составное изображение Нептуна, Урана, Сатурна и Юпитера. Предоставлено: Юпитер из «Юноны»: НАСА / SwRI / MSSS / Джеральд Эйхштадт / Шон Доран; Сатурн с Кассини: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт / Институт космических наук; Уран и Нептун из HST: NASA / ESA / A. Саймон (Центр космических полетов имени Годдарда НАСА), М. Х. Вонг и А. Хсу (Калифорнийский университет, Беркли)

Исследование, представленное Тристаном Гийо на Европейском научном конгрессе (EPSC) 2021, показывает, что шишки могут быть очень эффективны при переносе аммиака глубоко в атмосферу ледяных гигантов, скрывая газ от обнаружения под непрозрачными облаками.

Исследователи напишут в своей статье:

«Наблюдения в радиоволнах показали, что аммиак отсутствует в атмосферах Урана и Нептуна даже при давлении в десятки бар. Недавно обнаружение H2S при относительно низких давлениях с помощью инфракрасных измерений дало окончательное подтверждение этого открытия: в присутствии NH3 сера должна связываться с NH4SH, предотвращая присутствие H2S и облака конденсации H2S при низких давлениях. . Ситуацию можно объяснить тем же подходом, что и относительное истощение аммиака на Юпитере. Во время сильных штормов пары аммиака могут объединяться с кристаллами водяного льда, чтобы растопить их, образовывая водно-аммиачные градины («грибы»), которые приводят к эффективному переносу обоих видов в более глубокие слои атмосферы. Я покажу, что в то время как на Юпитере равновесная химия предсказывает, что область зародыша гриба будет ограничена узким пространством параметров, на Уране и Нептуне она гораздо более расширена, подразумевая, что процесс должен быть намного более эффективным, что объясняет относительное отсутствие обнаруживаемый аммиак на этих планетах. Однако масштабы области истощения аммиака (и, возможно, воды) неизвестны… »

Недавно удаленные наблюдения в инфракрасном и радиоволновом диапазонах показали, что Уран и Нептун испытывают недостаток аммиака в атмосфере по сравнению с другими планетами-гигантами в нашей Солнечной системе. Это удивительно, потому что в остальном они очень богаты другими соединениями, такими как метан, обнаруженными в изначальном облаке, из которого сформировались планеты.

Либо планеты, сформированные в особых условиях из материала, который также был беден аммиаком, либо какой-то продолжающийся процесс должен быть ответственным за это. Гийо, исследователь из CNRS, Лаборатория Лагранжа в Ницце, Франция, обратился к недавнему открытию на Юпитере, чтобы найти возможный ответ на загадку.

«Космический корабль« Юнона »показал, что на Юпитере аммиак присутствует в изобилии, но в целом гораздо глубже, чем ожидалось – благодаря образованию шаров-шаров. Я показываю, что то, что мы узнали на Юпитере, может быть применено для правдоподобного решения этой загадки на Уране и Нептуне », – сказал Гийо.

Наблюдения Juno на Юпитере показали, что во время штормов водно-аммиачный град может быстро образовываться из-за способности аммиака разжижать кристаллы водяного льда даже при очень низких температурах, составляющих около -90 градусов Цельсия. Модели показывают, что эти грибы на Юпитере могут вырасти до веса до килограмма и более, что немного выше, чем у самых больших градин на Земле. Падая вниз, они очень эффективно переносят аммиак в глубокие слои атмосферы, где он оказывается запертым под основанием облака.

«Термодинамическая химия подразумевает, что этот процесс еще более эффективен на Уране и Нептуне, а область зародыша грибов расширяется и происходит на больших глубинах», – сказал Гийо. «Таким образом, аммиак, вероятно, просто спрятан в глубоких атмосферах этих планет, вне досягаемости современных инструментов».

Чтобы точно определить, насколько глубоко грибные шары несут аммиак и воду, возможно, придется подождать, пока орбитальный аппарат с инструментами не сможет исследовать атмосферу ледяных гигантов вблизи.

«Чтобы полностью понять процессы, нам нужна специальная миссия по картированию глубинной структуры атмосферы и пониманию перемешивания в водородной атмосфере», – сказал Гийо. «Нептун и Уран являются важным звеном между планетами-гигантами, такими как Юпитер и Сатурн, и экзопланетами ледяных гигантов, которые мы открываем в галактике. Нам действительно нужно туда ».