Uranüs ve Neptün'deki argon, iç yapıdan çok doğum yerini anlatıyor olabilir

Uranüs ve Neptün'ün iç yapısı hâlâ büyük ölçüde bilinmiyor. Gezegenlerin "buz devi" diye anılması, içlerinin çoğunlukla buzdan oluştuğu anlamına gelmiyor; kaya payının ne kadar olduğu açık bir soru. Southwest Research Institute (SwRI) öncülüğündeki bir ekip, bu soruya atmosferdeki argon-40 üzerinden yaklaşmanın sanıldığı kadar kolay olmadığını gösterdi. The Planetary Science Journal'da 11 Kasım'da yayımlanan çalışmaya göre argon-40 ölçümü, gezegenlerin kaya içeriğinden çok nerede ve nasıl oluştuklarını anlatıyor olabilir.

Çalışmanın başında SwRI'nin Boulder'daki Güneş Sistemi Bilimi ve Keşfi Bölümü'nden gezegen bilimci Olivier Mousis var. Ekipte Mark Hofstadter, Christopher Glein, Jonathan Lunine ve Robin Canup da yer alıyor. Makale açık erişimli.

Argon-40'ın iki olası kaynağı

Argon-40, iki farklı yoldan atmosfere girmiş olabilir. Birincisi, gezegenlerin doğduğu ilkel gaz ve toz bulutundan, yani yaklaşık 4,6 milyar yıl önceki protosolar bulutsudan devralınan "ilksel" argon. İkincisi, gezegenlerin derinindeki kayalık malzemede bulunan potasyum-40'ın milyarlarca yıl boyunca radyoaktif bozunmasıyla oluşan argon-40. Bu ikinci kaynak "radyojenik" argon diye adlandırılıyor.

Fikir şuydu: İki kaynağı birbirinden ayırabilirsek, atmosferdeki radyojenik payın büyüklüğünden gezegenin içindeki kaya miktarını çıkarabiliriz. Kaya ne kadar çoksa, bozunan potasyum-40 ve dolayısıyla üretilen argon-40 o kadar fazla olurdu. Ancak bunun işlemesi için ilksel argonun küçük kalması gerekiyor.

İlksel argon her şeyi bastırıyor olabilir

Mousis ve meslektaşları radyojenik argon üretimini hesapladılar ve bunu protosolar bulutsunun zamana bağlı bir termokimyasal modeliyle birleştirdiler. Model, argon taşıyan bileşiklerin bulutsu evrildikçe nasıl yoğunlaştığını, buz parçacıkları içinde nasıl hapsolduğunu ve nasıl taşındığını izliyor. Hapsolma süreçlerinden biri klatrasyon: gazın, su buzunun kafes benzeri yapısı içine yakalanması. Bu parçacıklar sonradan birikerek Uranüs ve Neptün'ün yapı taşlarını oluşturdu.

Makalenin özetine göre atmosferdeki metan ölçümlerinden çıkarılan karbon zenginleşmesi, modellenen katı maddelerin argon/karbon oranıyla birleştirildiğinde ilksel argon-40 için çok geniş bir aralık çıkıyor: Uranüs'te protosolar değerin yaklaşık 1 ila 610 katı, Neptün'de ise yaklaşık 1 ila 1220 katı. Aralığın genişliği, yapı taşlarının argon klatrasyon cephesine ve buz çizgisine göre nerede ve hangi dönemde oluştuğuna bağlı. Üst uçtaki değerler radyojenik bileşeni kolayca gölgede bırakabilecek büyüklükte.

Mousis, SwRI'nin açıklamasında bunu şöyle özetledi: gezegenlere ulaşan ilksel argon, gezegenlerin içinde radyoaktif bozunmayla üretilen katkının tamamen önüne geçecek. Mousis'e göre protosolar bulutsudan gelen argon-40 katkısı daha önce düşünülenden de fazla.

Argon donma çizgisi ipucu

Simülasyonlar, argon bakımından özellikle zengin gezegen malzemesinin "argon donma çizgisi"ne yakın bir bölgede oluşmuş olabileceğini gösteriyor. Bu çizgi, protosolar bulutsunun soğuk kenarına yakın, düşük sıcaklıkların argon gazını katı buza dönüştürdüğü sınır. Argon taşıyan parçacıkların bu sınır çevresinde birikmesi, Uranüs ve Neptün'ü oluşturan malzemenin kimyasal bileşimini etkilemiş olabilir.

Sonuç ne anlama geliyor?

Çalışmanın vardığı sonuç iki yönlü. İlksel katkı küçükse ve iç kısımdan atmosfere yeterli taşınım olmuşsa, atmosferdeki argon-40 kaya bileşenini sınırlamakta işe yarayabilir. İlksel katkı büyükse, argon-40 daha çok yapı taşlarının hangi termokimyasal koşullarda oluştuğunu izler. Ekip, atmosferdeki argon-40'ın büyük olasılıkla gezegenlerin oluşum ortamı ve tarihi hakkında, kayalık ya da buzlu iç yapıdan daha fazla bilgi verdiği sonucuna varıyor.

Bunun bir sınırı var: Sonuçlar, modelin varsayımlarına ve büyük belirsizlikle bilinen oluşum konumuna bağlı. Yani bu çalışma Uranüs ve Neptün'ün kaya oranını ölçmüyor; hangi ölçümün neyi anlatacağını netleştiriyor.

Sırada ne var?

Makale, gelecekteki ölçümler için bir yol da çiziyor: Argon-40'ın argon-36, azot/hidrojen oranı, azot-15/azot-14, karbon-13/karbon-12 ve bulutların altındaki karbon/hidrojen oranıyla birlikte ölçülmesi, oluşum ortamı ve biriken uçucu ile refrakter malzemenin doğası konusunda birbirini tamamlayan kısıtlar getirecek. Mousis'e göre yeterince duyarlı kütle spektrometreleriyle donatılmış gelecekteki atmosfer sondaları, hem bu gezegenlerin neden yapıldığı hem de yapı taşlarının nerede oluştuğu sorusuna yaklaştırabilir.

Uranüs'ün iç yapısı sitemizde daha önce de gündemdeydi: Uranüs ile Neptün'ün ikiz değil kuzen olabileceğini anlatan çalışmaya da göz atabilirsiniz.