Uran i Neptun nazivamo ledenim divovima, ali još ne znamo koliki dio njihove unutrašnjosti čine ledovi, a koliki stjenoviti materijal. Novo istraživanje pokazuje da bi mjerenje argona u njihovim atmosferama moglo dati odgovor na drugo, jednako važno pitanje: u kakvim je uvjetima nastao materijal od kojeg su se ti planeti oblikovali.
Znanstvenici su ispitali može li izotop argon-40 poslužiti kao pokazatelj količine stijena duboko u planetu. Njihovi izračuni otkrivaju problem: argon naslijeđen iz ranog Sunčeva sustava mogao bi nadjačati trag koji nastaje u unutrašnjosti. Buduća sonda stoga ne bi mogla iz jednog izmjerenog broja jednostavno očitati sastav planeta.
Dva izvora istog plina
Tim koji predvodi Olivier Mousis iz Southwest Research Institutea u radu objavljenom u časopisu The Planetary Science Journal razmatra dva moguća izvora argona-40. Prvi je prvotni plin i prašina iz kojih je prije približno 4,6 milijardi godina nastao Sunčev sustav. Drugi je radioaktivni raspad kalija-40 u stjenovitom materijalu planeta.
Raspadom izotopa kalija-40 u stijenama tijekom vremena nastaje argon-40. Ako taj plin dospije u atmosferu, njegova bi količina mogla pomoći pri procjeni koliko se stjenovitog materijala nalazi ispod nje. No za takav zaključak treba znati koliko je argona planet već imao pri nastanku i koliko ga iz dubine uopće može doći do atmosfere.
Autori su povezali izračune njegova nastajanja u stijenama s računalnim modelom diska plina i prašine oko mladog Sunca. Time su provjerili kako bi trebalo tumačiti buduća mjerenja.
Hladnoća je odredila što je završilo u planetima
U ranom disku temperatura se mijenjala i s udaljenošću od Sunca i s vremenom. Argon je na dovoljno hladnim mjestima mogao prijeći u čvrsto stanje ili ostati zarobljen u strukturi vodenog leda. Takve su čestice zatim sudjelovale u izgradnji planeta.
Model pokazuje da nakupljanje čestica bogatih argonom uz granicu njegova smrzavanja može snažno povećati količinu prvotnog argona u materijalu od kojeg nastaju planeti. U nekim razmatranim uvjetima taj doprinos toliko nadjača argon nastao radioaktivnim raspadom da se trag stjenovite unutrašnjosti više ne može razlučiti.
Granica smrzavanja pritom nije bila nepomična crta. Pomicala se kako se disk hladio, a i planeti su mogli mijenjati udaljenost od Sunca. Kemijski sastav njihovih atmosfera zato bi mogao sačuvati podatke o mjestu i vremenu nastanka njihovih građevnih čestica, a ne samo o današnjem položaju planeta.
Što bi sonda morala izmjeriti?
Za razlikovanje dvaju izvora nije dovoljno mjeriti samo argon-40. Važan je i argon-36, izotop koji ne nastaje raspadom kalija i može pomoći pri procjeni prvotno naslijeđenog argona. Ako je taj početni doprinos malen ili ga se može pouzdano odrediti, argon-40 i dalje bi mogao dati podatke o stjenovitom dijelu planeta.
Dodatnu neizvjesnost donosi prijenos plina iz dubine. Slojevi različita sastava mogu otežati miješanje unutrašnjosti s atmosferom, pa mala izmjerena količina ne bi automatski značila i malo stijena.
Autori zato predlažu da buduće atmosferske sonde mjere plemenite plinove i omjere njihovih izotopa, uz dušik i ugljik. Takav skup mjerenja omogućio bi provjeru različitih scenarija nastanka Urana i Neptuna i preciznije tumačenje onoga što se nalazi ispod njihovih oblaka.
