De planeten van ons zonnestelsel worden, op basis van hun samenstelling, gewoonlijk in drie categorieën ingedeeld: rotsplaneten (Mercurius, Venus, aarde en Mars), gasreuzen (Jupiter en Saturnus) en ijsreuzen (Uranus en Neptunus). Maar volgens onderzoekers van de Universiteit van Zürich zijn Uranus en Neptunus mogelijk eerder rotsachtig dan ijzig. Hun nieuwe studie beweert niet dat de twee blauwe planeten van het ene of het andere type zijn – rijk aan water of aan gesteente – maar betwist dat ‘ijzig’ de enige mogelijkheid is. Deze interpretatie komt ook overeen met de ontdekking dat de dwergplaneet Pluto qua samenstelling voornamelijk uit gesteente bestaat.
Het team heeft een uniek simulatieproces ontwikkeld voor het inwendige van Uranus en Neptunus. ‘De classificatie als ijsreuzen is te simplistisch, omdat Uranus en Neptunus nog steeds slecht begrepen worden’, legt Luca Morf, doctoraatsstudent aan de Universiteit van Zürich en hoofdauteur van de studie, uit. ‘Modellen op basis van fysica berusten te sterk op aannames, terwijl empirische modellen te simplistisch zijn. We hebben beide benaderingen gecombineerd om modellen te krijgen die zowel onbevooroordeeld zijn als fysisch consistent.’ Daartoe beginnen ze met een willekeurig dichtheidsprofiel voor het binnenste van de planeet. Vervolgens berekenen ze een zwaartekrachtveld voor de planeet dat in overeenstemming is met observatiegegevens en leiden daaruit een mogelijke samenstelling af. Ten slotte wordt het proces herhaald om de best mogelijke overeenkomst tussen de modellen en de observatiegegevens te verkrijgen.
Met behulp van dit nieuwe model ontdekte het Zwitserse team dat de potentiële inwendige samenstelling van de ‘ijsreuzen’ in ons zonnestelsel zich helemaal niet tot ijs hoeft te beperken. ‘Dit is iets wat we al bijna vijftien jaar geleden voor het eerst hebben gesuggereerd, en nu hebben we het numerieke kader om het aan te tonen’, verklaart Ravit Helled, professor aan de Universiteit van Zürich en initiatiefnemer van het project. Het nieuwe scala aan inwendige samenstellingen laat zien dat beide planeten zowel waterrijk als rotsrijk kunnen zijn.
De studie werpt ook nieuw licht op de raadselachtige magnetische velden van Uranus en Neptunus. Terwijl onze planeet één duidelijke noordpool en dito zuidpool heeft, zijn de magnetische velden van Uranus en Neptunus complexer: ze hebben meer dan twee polen.
‘Onze modellen bevatten zogeheten ‘ionische waterlagen’ die magnetische dynamo’s genereren op locaties die de waargenomen niet-dipolaire magnetische velden verklaren. We hebben ook ontdekt dat het magnetische veld van Uranus op grotere diepte ontstaat dan dat van Neptunus’, legt Ravit Helled uit.
Hoewel de resultaten veelbelovend zijn, blijft er enige onzekerheid bestaan. ‘Een van de belangrijkste problemen is dat natuurkundigen nog steeds niet goed begrijpen hoe materialen zich onder de extreme druk en temperatuur in het hart van een planeet gedragen. Dit kan van invloed zijn op onze resultaten’, zegt Luca Morf, die van plan is om de modellen verder uit te breiden. (EE)
Uranus and Neptune might be rock giants