زیر اتمسفر غلیظ سیاره‌ی اورانوس چه خبر است؟
زیر اتمسفر غلیظ سیاره‌ی اورانوس چه خبر است؟
مجله علمی ایلیاد - با بازسازی فرایندهای فیزیکی که در زیر سطح سیاراتی مثل اورانوس و نپتون اتفاق می‌افتد، به کمک روشی جدید در شبیه‌سازی رایانه‌ای، می‌توان نوری بر ساختار کنونی و فرگشت آن‌ها در گذشته تاباند. این تحقیقات در مجله‌ی Nature Communication به چاپ رسیده است.
روش نظری جدید، می‌تواند راه را برای مدل‌سازی درون غول‌های یخی اورانوس و نپتون، به کمک شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای در مورد آب‌های زیرسطحی آن‌ها هموار کند. این ابزار که توسط موسسه‌ی مطالعات پیشرفته در تریسته ایتالیا «SISSA» و دانشگاه کالیفرنیا در لس‌آنجلس طراحی‌شده و با رویکردی کم‌هزینه‌تر و آسان‌تر امکان بررسی فرایندهای گرمایی و الکتریکی را فراهم می‌کند که اغلب امکان بازتولید آزمایشگاهی شرایط فیزیکی آن‌ها وجود ندارد.
در این تحقیقات، محققان القای الکتریسیته و گرمای آب را در دماهای غیرمعمول و شرایط فشار همانند شرایطی که در سیاره‌های غول‌پیکر یخی و همچنین بسیاری سیاره‌های دیگر اتفاق می‌افتد، مورد بررسی قرار دادند. در واقع تحلیل و بررسی پدیده‌هایی که در زیر سطح آن‌ها اتفاق می‌افتند، کلید درک فرگشت این اجرام آسمانی، سن آن‌ها و همچنین تابش نوری بر هندسه و فرگشت میدان‌های مغناطیسی آن‌ها است.
«فدریکو گراسلی» و «استفانو بارونی» دو محقق این تحقیقات، می‌گویند: «هیدروژن و اکسیژن به همراه هلیوم، متداول‌ترین عناصر در پهنه‌ی کیهان هستند. آسان می‌توان فهمید که آب یکی از اجزای اصلی اجرام آسمانی است. گانیمد و اروپا دو قمر معروف مشتری و انسلادوس قمر زحل، سطحی از یخ دارند که در پس آن اقیانوسی از آب قرار دارد. نپتون و اورانوس نیز به احتمال زیاد از آب تشکیل شده باشند. دانش ما از داخل سیاره‌ها، بر اساس ویژگی‌های سطح سیاره و میدان مغناطیسی است که این‌ها خود نیز متاثر از ویژگی‌های فیزیکی ساختار درونی آن‌ها، مثل انتقال انرژی، جرم و بار در درون لایه‌های میانی واسطه هستند. به همین دلیل است که ما روشی محاسباتی و نظری برای محاسبه‌ی رسانایی گرمایی و الکتریکی آب با شرایط و مراحل مشابه با سطح آن سیارات ابداع کردیم که با شبیه‌سازی به روز بر روی دینامیک میکروسکوپی چند صد اتم و لحاظ کردن ماهیت کوانتومی الکترون‌ها بدون هیچ حدس و گمانی در آینده شروع می‌شود. با شبیه‌سازی مقیاس اتمی به مدت کسری از ثانیه، ما می‌توانیم بدانیم چه اتفاقی بر سر اجرام غول‌آسا در بازه‌های زمانی میلیارد سال، افتاده است.»
محققان به بررسی سه فاز مختلف آب یخ، مایع و ابر یونی در شرایط بسیار شدید دمایی و فشاری موجود در لایه‌های درونی این سیاره‌ها پرداختند. گراسلی و بارونی در این‌باره می‌گویند: «ضریب انتقال گرمایی و الکتریکی گذشته سیاره، چگونگی و زمان تشکیل آن و همچنین چگونگی سرد شدن آن‌ها را نشان می‌دهند. از این رو، حیاتی است که این موارد را با ابزار مناسب مثل ابزار ابداعی ما بررسی شود. به‌طور ویژه، خصوصیت رسانایی گرمایی که در مطالعات ما مورد توجه قرار گرفت، به ما امکان داشتن این فرض را می‌دهد که وجود یک هسته‌ی یخ‌زده ممکن است درخشش کم اورانوس را توضیح دهد؛ چرا که گرمای بسیار کمی از هسته آن به سمت سطح حرکت می‌کند.»
به‌علاوه، رسانایی الکتریکی مربوط به فاز ابر یونی، بسیار بزرگ‌تر از چیزی است که در مدل‌سازی‌های پیشین مربوط به زایش میدان مغناطیسی در اورانوس و نپتون تخمین زده شده بود. فرض بر این است آب ابر یونی، بر لایه‌های کند و چگال زیر منطقه مایع همرفتی که در آنجا میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود، حکمرانی می‌کند؛ این شواهد می‌تواند تاثیر به‌سزایی بر مطالعه‌ی هندسه و فرگشت میدان‌های مغناطیسی دو سیاره داشته باشد.
در این تحقیقات، محققان القای الکتریسیته و گرمای آب را در دماهای غیرمعمول و شرایط فشار مورد بررسی قرار دادند؛ همانند شرایطی که در سیاره‌های غول‌پیکر یخی و همچنین بسیاری سیاره‌های دیگر اتفاق می‌افتد. در واقع تحلیل و بررسی پدیده‌هایی که در زیر سطح آن‌ها اتفاق می‌افتند، کلید درک فرگشت این اجرام آسمانی، سن آن‌ها و همچنین تابش نوری بر هندسه و فرگشت میدان‌های مغناطیسی آن‌ها است.