Negli anni ’80, quando la sonda Voyager 2 della NASA si addentrò nelle regioni esterne del sistema solare, notò qualcosa di insolito. I due pianeti giganti di ghiaccio, Urano e Nettuno, mancavano di quello che è conosciuto come “campo magnetico dipolare.” Questa osservazione era in netto contrasto con il nostro pianeta roccioso e con i due giganti gassosi Giove e Saturno. Quando i materiali densi vicino alla superficie di un pianeta si raffreddano, tendono a sprofondare nell’interno del pianeta. Al contrario, i materiali più caldi nei pressi dell’interno del pianeta tendono a risalire. La combinazione di materiali in caduta e in risalita crea convezione, che porta al movimento e alla miscelazione dei materiali all’interno di un pianeta. Se l’interno di un pianeta è elettricamente conduttivo (cioè composto da metallo liquido o acqua), il materiale convettivo — spesso descritto come un dinamo — genererà un campo magnetico dipolare. Pensatelo come un magnete con poli nord e sud. È questo il processo che genera il campo magnetico terrestre — la barriera protettiva che ci tutela dalle particelle cariche. Tuttavia, questo processo è assente in Urano e Nettuno. Così, gli scienziati si sono chiesti: perché?
Negli ultimi vent’anni, i ricercatori hanno ipotizzato che ciò fosse dovuto all’incapacità degli strati di materiale in questi mondi di mescolarsi, bloccando qualsiasi movimento convettivo che dà origine ai campi magnetici dipolari in pianeti come il nostro. Sebbene i ricercatori abbiano alla fine convenuto che il problema riguardasse effettivamente la separazione degli strati all’interno di questi mondi, il dibattito sulle composizioni di questi strati era ancora aperto. Adesso, Burkhard Militzer, scienziato planetario presso l’Università della California, Berkeley, crede di avere trovato una spiegazione.
“Abbiamo adesso, direi, una buona teoria sul perché Urano e Nettuno abbiano campi così diversi, e sono molto diversi rispetto a Terra, Giove e Saturno,” ha dichiarato Militzer in una recente comunicazione. Tenendo presente ciò, dieci anni fa, Militzer ha provato a simulare con computer gli interni di questi mondi comprimendo circa 100 atomi di carbonio, ossigeno, azoto e idrogeno (in proporzioni che rispecchiavano le loro abbondanze nelle fasi iniziali del sistema solare) a pressioni e temperature che rispecchiavano il loro interno. Tuttavia, non si formarono strati distintivi.
Un anno fa, grazie all’aiuto del machine learning, Militzer è riuscito a simulare il comportamento di 540 atomi con rapporti simili, e ha scoperto che gli strati si sarebbero formati naturalmente quando gli atomi venivano riscaldati e compressi. “Un giorno,” ha detto, “ho guardato il modello, e l’acqua si era separata dal carbonio e dall’azoto. Ciò che non potevo fare dieci anni fa stava ora accadendo.”
“Ho pensato, ‘Wow! Ora capisco perché si formano gli strati: uno è ricco d’acqua e l’altro è ricco di carbonio, e in Urano e Nettuno, è il sistema ricco di carbonio quello che è sotto. La parte pesante rimane in fondo, e la parte più leggera resta sopra, quindi non può svolgere alcuna convezione,” ha affermato.
Il modello di Militzer prevede che sotto l’atmosfera di Urano, spessa 3.000 miglia (poco più di 4.800 chilometri), si trovi un vasto strato ricco di acqua profondo 5.000 miglia (poco più di 8.000 chilometri). Al di sotto, esiste anche uno strato ricco di idrocarburi spesso 5.000 miglia, con un nucleo roccioso di dimensioni simili a quelle di Mercurio al suo interno.
Nonostante sia più massiccio di Urano, Nettuno ha un diametro totale più piccolo e un’atmosfera più sottile rispetto al suo compagno ghiacciato. Tuttavia, è probabile che condivida strati differenziati simili, ricchi di acqua e idrocarburi, con un nucleo roccioso delle dimensioni di Marte (fornendo la massa extra).
“Se chiedi ai miei colleghi, ‘Cosa pensate spieghi i campi di Urano e Nettuno?’ potrebbero rispondere, ‘Beh, forse è questa pioggia di diamanti, ma forse è questa proprietà dell’acqua che chiamiamo superionica,'” ha dichiarato Militzer. “Dal mio punto di vista, ciò non è plausibile. Ma se abbiamo questa separazione in due strati distinti, dovrebbe spiegarlo.”
Militzer spera di poter testare un giorno la sua ipotesi tramite esperimenti di laboratorio che riflettano le condizioni interne di questi mondi. Una missione verso Urano potrebbe anche fornire risposte, secondo Militzer. Il documento è stato pubblicato il 25 novembre negli Atti della National Academy of Sciences.