Uranus en Neptunus minder ijzig dan gedacht: mogelijk zijn het rotsreuzen

Groot, ver weg en ijzig, zo kennen we de planeten Uranus en Neptunus, maar mogelijk zitten ze toch iets anders in elkaar dan gedacht. Volgens nieuw Zwitsers onderzoek zijn ze namelijk wellicht minder ijzig en meer rotsachtig.

De planeten van ons zonnestelsel vallen grofweg te verdelen in drie categorieën: de rotsachtige planeten Mercurius, Venus, Aarde en Mars, de twee gasreuzen Jupiter en Saturnus en ijsreuzen Uranus en Neptunus. En die laatste twee zijn dus nu mogelijk toch rotsreuzen.

Dat wil niet zeggen dat de lichtblauwe planeten nu plots alleen gesteente bevatten, wel dat ze kunnen bestaan uit meer rotsen en minder ijs, aldus onderzoekers van de Universiteit van Zürich en het NCCR PlanetS. Deze interpretatie sluit bovendien aan bij de recente inzichten dat ook de dwergplaneet Pluto voornamelijk uit gesteente bestaat.

Combinatie van methodes

Om het binnenste van Uranus en Neptunus beter te doorgronden, ontwikkelde het Zwitserse onderzoeksteam een uniek simulatieproces. “De classificatie als ijsreuzen is te simplistisch, omdat we nog steeds weinig weten van Uranus en Neptunus”, zegt Luca Morf, promovendus aan de Universiteit van Zürich en hoofdauteur van het artikel. “Modellen gebaseerd op natuurkunde bevatten vaak te veel aannames, terwijl empirische modellen juist te beperkt zijn. Wij combineren beide methoden, zodat we modellen krijgen die zowel agnostisch of onbevooroordeeld zijn, als fysisch consistent.”

Daarbij begonnen de onderzoekers telkens met een willekeurig dichtheidsprofiel voor het binnenste van de planeet. Vervolgens berekenden ze het zwaartekrachtveld dat past bij de beschikbare waarnemingsgegevens en leidden daaruit een mogelijke samenstelling af. Door dit proces vele malen te herhalen, ontstond de best mogelijke overeenkomst tussen de modellen en de metingen. Met hun nieuwe benadering laten de onderzoekers zien dat de mogelijke interne opbouw van de ijsreuzen helemaal niet beperkt is tot ijs, doorgaans voorgesteld als water.

Eindelijk bevestigd

“Het is iets wat we bijna vijftien jaar geleden al dachten en nu hebben we eindelijk het raamwerk om het te demonstreren”, zegt Ravit Helled, professor aan de Universiteit van Zürich en initiatiefnemer van het project. De nieuwe reeks mogelijke interne samenstellingen laat zien dat beide planeten zowel waterrijk als rotsachtig kunnen zijn.
Ook werpt het onderzoek nieuw licht op de mysterieuze magnetische velden van Uranus en Neptunus. Waar de aarde een duidelijke noord- en zuidpool kent, zijn de velden van Uranus en Neptunus veel complexer, met meerdere polen.

“Onze modellen bevatten zogenaamde ionische waterlagen die magnetische dynamo’s aandrijven op locaties die de waargenomen niet-polaire velden kunnen verklaren. We ontdekten bovendien dat het magnetische veld van Uranus dieper zit dan dat van Neptunus”, zegt Helled.

De noodzaak van nieuwe ruimtemissies

Ondanks de veelbelovende resultaten blijft er onzekerheid bestaan. “Een van de grootste uitdagingen is dat natuurkundigen nog altijd slecht begrijpen hoe materialen zich gedragen onder de extreme druk- en temperatuuromstandigheden in het hart van een planeet. Dat kan van invloed zijn op onze resultaten”, zegt Morf, die van plan is de modellen verder uit te breiden.

Toch maken de nieuwe bevindingen de weg vrij voor aanvullende scenario’s over de interne samenstelling van de twee verre planeten. Daarmee worden aannames die al decennialang standhouden ter discussie gesteld. “Zowel Uranus als Neptunus zouden, afhankelijk van de gekozen modelaannames, rotsreuzen of ijsreuzen kunnen zijn. De huidige gegevens zijn onvoldoende om tussen die mogelijkheden te kiezen. Daarom hebben we speciale missies naar Uranus en Neptunus nodig die hun ware aard kunnen onthullen”, besluit Helled.

Neptunus en Uranus
Neptunus en Uranus zijn de twee planeten die het verst weg staan van de zon, respectievelijk op 4,5 miljard en 2,9 miljard kilometer afstand. Ze zijn lichtblauw van kleur en hebben een diameter van rond de 50.000 kilometer. Ter vergelijking: de grootste van het stel, gasreus Jupiter, is bijna 143.000 kilometer in doorsnee en de Aarde is slechts 12.742 kilometer breed. Neptunus en Uranus hebben beide een kern van gesteente met daaromheen een dikke mantel van vloeibaar water, methaan en ammoniak en een buitenste atmosfeer van waterstof, helium en methaan.