Uranüs ve Neptün'ün garip manyetik alanı derindeki iletkenlikten gelebilir, değişmiş olabilir

Uranüs ve Neptün'ün manyetik alanları, bilinen başka hiçbir gezegeninkine benzemiyor. 3 Kasım'da Communications Physics dergisinde çevrimiçi yayımlanan bir çalışma, bu tuhaflığın nedenini derinlerdeki elektriksel iletkenliğin yapısında arıyor ve ilginç bir sonuca varıyor: Bu alanlar, Voyager 2'nin geçişlerinden bu yana 30 yılı aşkın sürede fark edilir biçimde değişmiş olabilir.

Neden "tuhaf" deniyor?

Çalışmayı Teksas Üniversitesi Jeofizik Enstitüsü'nden Chi Yan yürüttü; ekipte Krista M. Soderlund, Jonathan M. Aurnou, Hao Cao, Adam Masters ve Henrik Melin de var. Makalenin girişine göre Voyager 2'nin 1980'lerdeki geçişleri, bu iki buz devinin manyetik alanlarının gezegen dinamosu için alışılmış resmi, yani tek bir eksenel kutuplu (dipol) alanı alt üst ettiğini gösterdi. Uranüs ve Neptün'de eksenel dipol, yüzeydeki toplam manyetik enerjinin yalnızca yüzde 12'sini oluşturuyor. Bilinen diğer gezegen dinamolarında bu pay yüzde 74 ile 98 arasında.

İkinci tuhaflık simetri. İki gezegenin alanı, dönme eksenine göre belirgin biçimde simetrik değil (çalışmada "eksenel simetrik olmayan" deniyor). Jüpiter ve Dünya'da bu simetrik olmayan bileşen, simetrik olandan bir büyüklük mertebesi zayıf; Merkür'de üç mertebeden fazla, Satürn'de ise sıfırla tutarlı.

Ekip ne yaptı?

Araştırmacılar, açık kaynaklı MagIC koduyla küresel bir kabuk içinde üç boyutlu manyetohidrodinamik dinamo benzetimleri çalıştırdı. Anahtar fikir, iletkenliğin derinlikle nasıl değiştiği. Yüksek basınç deneyleri ve bilgisayar hesapları, suyun yaklaşık 30-50 gigapascal basınçta moleküler halden iyonik hale geçtiğini ve iletkenliğin derinlikle giderek arttığını gösteriyor. Önceki buz devi dinamo modelleri bu radyal değişimi hesaba katmamıştı.

Sonuç net bir fark çıkardı: İletkenliğin sabit tutulduğu modeller, Dünya'nınkine benzer, eksenel dipolün baskın olduğu bir alan üretti. İletkenliğin derinlikle değişmesine izin verilen modeller ise çok kutuplu, kutupları aralıklarla yer değiştiren, Uranüs ve Neptün'e benzeyen alanlar verdi. Gözlenen alana en çok benzeyen modeller, ince dinamo kabuğuna sahip olanlardı; kalın kabuklu modeller gözlenen simetri bozukluğunu yeterince yakalayamadı.

Alan zamanla değişiyor mu?

Bu tür dinamolar doğaları gereği zamanla değişiyor. Voyager 2 her gezegeni yalnızca bir kez, yerinde ölçtüğü için değişimin olup olmadığı bugün bilinmiyor. Benzetimlerde, Uranüs'e en çok benzeyen ve Neptün'e en çok benzeyen anlık görüntüler 32 yıl sonra gözlenen alanla benzerliğini belirgin biçimde yitirdi. Dipol eğikliğindeki değişim modele göre büyük farklar gösterdi. Uranüs'e en çok benzeyen aralıklarda bir modelde 40 yılda 84 derecelik bir kayma, diğerinde yalnızca 13 derece değişim hesaplandı; 13 derece, Uranüs'teki kutup ışığı konumlarının 10-20 derecelik enlem belirsizliğiyle uyumlu. Neptün benzeri aralıklarda 40 yıllık değişim bir modelde yaklaşık 11, diğerinde 26 ile 56 derece arasında çıktı.

Yavaş değişim de mümkün, ama geçici. Yazarlar, iletkenlik standart iyonik su tahmininden on kat yüksek olsaydı dipol eğikliğinin yaklaşık 500 yıl boyunca beş dereceden az değişeceğini hesaplıyor. Gelecekteki gözlemler Uranüs'ün yavaş değişiminin uzun ömürlü olduğunu gösterirse, bu iletkenliğin varsayılandan yüksek, dinamo bölgesinin de sanılandan sıcak olduğuna işaret edebilir.

Sınırlar ve sonuçlar

Çalışma bir benzetim; Voyager 2 verisinin bire bir açıklaması değil. Yazarlar, gözlenen ana özelliğin (simetrik olmayan bileşenin tepe noktası) benzersiz olmadığını, yani tek başına buz devi alanı sayılamayacağını da not ediyor. Benzetimler gezegen iç kısımlarındaki gerçek Ekman sayılarına (viskoz kuvvetin Coriolis kuvvetine oranı) ulaşamıyor; yazarlar ölçeklemeyle ana özelliklerin korunduğunu gösteriyor. Yoğunluk, ısıl iletkenlik ve kararlı katmanlar gibi başka derinlik değişimleri de henüz modele katılmadı. Her iki gezegen de yalnızca bir kez ölçüldüğü için gerçek değişimin boyutu gözlemle kısıtlanmış değil.

Yine de sonuçların bir pratik yanı var. Keck II ve James Webb Uzay Teleskobu'yla Uranüs ve Neptün'de saptanan H3+ iyonu gibi kutup ışığı izlerinin yorumu, manyetik alanın bugünkü hali eski haline göre değişmişse etkilenebilir. Yazarlara göre bu olası uzun dönemli değişim, Uranüs ve Neptün sistemlerine gidecek gelecek görevlerin planlanmasına da bilgi sağlıyor. Asıl sınav, bir gün oraya yeni bir araç gönderilip alanın yeniden ölçülmesi olacak.