عندما قامت مركبة الفضاء التابعة لناسا، فويجر 2، برحلتها إلى المناطق الخارجية من النظام الشمسي في أواخر الثمانينات، لاحظت شيئًا غريبًا. كان كلا كوكبي الجليد العملاقين، أورانوس ونبتون، يفتقران إلى ما يُعرف بـ “حقل مغناطيسي ثنائي القطب”. كان هذا في تناقض صارخ مع عالمنا الصخري، بالإضافة إلى كوكبي العملاقين الغازيين المشتري وزحل.

عندما تبرد المواد الكثيفة بالقرب من سطح الكوكب، تميل إلى الغوص في داخل الكوكب. من ناحية أخرى، سترتفع المواد الأكثر سخونة بالقرب من داخل الكوكب. إن الجمع بين المواد الغاطسة والمرتفعة يخلق الحمل الحراري، مما يؤدي إلى حركة وخلط المواد داخل الكوكب. وإذا كان داخل الكوكب موصلًا كهربائيًا (كما هو الحال في، مصنوع من المعدن السائل أو الماء)، فإن المادة المتحركة — والتي غالبًا ما توصف بأنها دينامو — ستولد مجالًا مغناطيسيًا ثنائي القطب. فكر في الأمر مثل مغناطيس له أقطاب شمالية وجنوبية. إن هذه العملية هي التي تولد المجال المغناطيسي للأرض — الحاجز الواقي الذي يحمينا من الجسيمات المشحونة.

ومع ذلك، فإن هذه العملية غائبة عن أورانوس ونبتون. لذا، تساءل العلماء: لماذا يكون ذلك؟

على مدى العقدين الماضيين، كان الباحثون يتكهنون بأن السبب في ذلك هو أن طبقات المادة داخل هذه العوالم غير قادرة على الاختلاط، مما يوقف أي حركة قوامية تؤدي إلى نشوء مجالات مغناطيسية ثنائية القطب في كواكب مثل كوكبنا. ولكن، بينما اتفق الباحثون في النهاية على أن المشكلة تتعلق بالفعل بفصل الطبقات داخل هذه العوالم، كانت الآراء لا تزال متباينة بشأن تركيبات هذه الطبقات. الآن، يعتقد بورخارد ميلتزر، عالم الكواكب في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، أنه توصل إلى إجابة.

ذات صلة: لماذا يكون المجال المغناطيسي لنبتون غريبًا جدًا؟ قد تكون جزيئة غريبة هي الإجابة

“لدينا الآن، أود أن أقول، نظرية جيدة لماذا يمتلك أورانوس ونبتون مجالات مختلفة تمامًا، وهي مختلفة تمامًا عن الأرض، المشتري وزحل،” قال ميلتزر في بيان.

معرفةً بذلك، قبل 10 سنوات، حاول ميلتزر محاكاة داخلية هذه العوالم باستخدام الحواسيب عن طريق حشر حوالي 100 ذرة من الكربون والأكسجين والنيتروجين والهيدروجين (بنسب تعكس وفرتها في المراحل المبكرة من النظام الشمسي) تحت ضغط ودرجات حرارة تعكس داخلها. ومع ذلك، لم تنتج أي طبقات مميزة.

تقدم سريعًا إلى العام الماضي، وبمساعدة التعلم الآلي، تمكن ميلتزر من محاكاة سلوك 540 ذرة بنسب مشابهة، ووجد أن الطبقات سوف تتشكل بشكل طبيعي عندما يتم تسخين الذرات وضغطها. “في يوم من الأيام”، قال، “نظرت إلى النموذج، ووجدت أن الماء قد انفصل عن الكربون والنيتروجين. ما لم أستطع القيام به قبل 10 سنوات كان يحدث الآن.”

“فكرت، ‘واو! الآن أعرف لماذا تتشكل الطبقات: واحدة غنية بالماء والأخرى غنية بالكربون، وفي أورانوس ونبتون، النظام الغني بالكربون هو الذي يكون أسفل. الجزء الثقيل يبقى في الأسفل، والجزء الأخف يبقى في الأعلى ولا يمكنه القيام بأي عملية حمل حراري،” قال.

يتنبأ نموذج ميلتزر بأنه تحت الغلاف الجوي السميك المكون من 3,000 ميل (أكثر بقليل من 4,800 كيلومتر) لكوكب أورانوس، يوجد طبقة شاسعة غنية بالماء بعمق 5,000 ميل (أكثر بقليل من 8,000 كيلومتر). أسفل ذلك، توجد أيضًا طبقة غنية بالهيدروكربونات بسمك 5,000 ميل، مع نواة صخرية بحجم عطارد في مركزها.

على الرغم من أن نبتون أكثر كتلة من أورانوس، إلا أن لديه قطرًا إجماليًا أصغر وغلافًا جويًا أرق مقارنةً بنظيره الجليدي. ومع ذلك، من المحتمل أن يشترك في طبقات غنية بالماء والهيدروكربونات متمايزة مشابهة، مع نواة صخرية بحجم المريخ (توفير الكتلة الإضافية).

<>

إذا سألت زملائي، “ما الذي تعتقد أنه يفسر مجالات أورانوس ونبتون؟” قد يقولون، “حسنًا، ربما يكون هذا هو مطر الألماس، لكن ربما يكون هذه الخاصية المائية التي نسميها فائق الأيونية”، قال ميلتزر. “من وجهة نظري، هذا غير معقول. لكن إذا كان لدينا هذا الفصل إلى طبقتين منفصلتين، ينبغي أن يفسر ذلك.”

يأمل ميلتزر أن يتمكن يومًا ما من اختبار فرضيته من خلال تجارب مختبرية تعكس الظروف الداخلية لهذه العوالم. كما يقول ميلتزر، يمكن أن توفر مهمة إلى أورانوس أيضًا إجابات.

تم نشر الورقة في 25 نوفمبر في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

المصدر: المصدر