В тропосфере Урана впервые обнаружен угарный газ: новые данные о богатых кислородом недрах

Уран и Нептун относятся к ледяным гигантам: значительная доля их массы приходится на летучие соединения – так называемые «льды» (воду, аммиак, метан). В отличие от газовых гигантов Юпитера и Сатурна, состоящих в основном из водорода и гелия, эти планеты содержат гораздо больше кислородсодержащих веществ. Однако их плотные газовые оболочки скрывают внутренние процессы, поэтому ключевую роль играют косвенные методы – спектроскопия и анализ химических «следов» в атмосфере.

Угарный газ как индикатор глубинного кислорода

Особый интерес для исследователей представляет угарный газ (CO). Он может образовываться внутри планеты при взаимодействии углерода с кислородом, который в ледяных гигантах в основном связан в воде (H₂O). Если CO имеет внутреннее происхождение, это означает, что в недрах присутствует значительное количество кислородсодержащих веществ. До сих пор урага на Уране обнаруживали только в верхней атмосфере, причём его концентрация снижалась с глубиной, что указывало на внешний источник (кометы или межпланетная пыль). Это отличало Уран от Нептуна, где CO в нижних слоях был найден ещё в 1990-х и имел внутреннее происхождение. Расхождение породило споры: одни учёные предполагали, что Уран формировался иначе, другие считали, что данных недостаточно.

Теперь команда Кавалье впервые зафиксировала CO в тропосфере Урана. Проанализировав три сеанса наблюдений ALMA в 2022–2024 годах, астрономы установили концентрацию 5,8 ± 0,3 части на миллиард. Поскольку в тропосфере угарный газ не может долго сохраняться без пополнения, его присутствие говорит о внутреннем источнике. Исследователи рассчитали, что содержание кислорода в недрах Урана как минимум в 52 раза превышает его количество в протопланетной туманности. Такой избыток указывает на то, что при формировании планета поглотила много воды и других летучих веществ.

Циановодород в стратосфере

Помимо угарного газа, команда Кавалье впервые обнаружила в стратосфере Урана циановодород (HCN) – в крайне малых концентрациях. Это соединение может образовываться в результате фотохимических реакций или при поступлении внешнего материала (межпланетной пыли, кометного вещества). Наличие HCN служит индикатором поведения азота в атмосфере, показывая, как азотсодержащие соединения реагируют на солнечное излучение и насколько эффективно происходит вертикальное перемешивание слоёв.

Новые данные помогут уточнить модели внутреннего строения Урана и лучше понять, почему его история рождения могла отличаться от истории Нептуна. Ранее считалось, что Уран почти не излучает собственное тепло, что также ставило вопросы о его формировании. Теперь же наличие глубинного источника CO и высокое содержание кислорода подтверждают, что планета накопила значительные запасы воды и льдов в процессе аккреции.

Результаты исследования опубликованы в научной статье и открывают новые возможности для изучения ледяных гигантов. В будущем, возможно, удастся разрешить давнюю загадку: сформировались ли Уран и Нептун по схожему сценарию или их пути разошлись уже на ранних этапах.