Neptün'ün manyetik alanı neden tuhaf

Bilim insanları Güneş Sistemimizin derinliklerinde, amonyum iyonunun zor bulunan bir kuzeni olan akuodiyum isimli bir molekülün olası varlığını rapor ettiler. Eğer doğruysa, bu durum Neptün ve Uranüs'ün manyetik alanlarındaki tuhaflıkları açıklayabilir. Bu önemli bir gelişme çünkü dört hidrojen atomu ve bir oksijen atomundan (H4O2 +) oluşan kararlı akuodiyum, hidronyum (H3O+) molekülüne ikinci bir protonun eklenmesindeki yüksek enerji bariyeri nedeniyle daha önce hiç gözlemlenmemişti. Ancak hidronyumun oluşturulması biraz daha kolay. Suya bir proton eklenmesi gibi temel bir süreçle oluşur. Hidronyumdan akuodiyuma atlamak işin zor kısmı.

Ancak, gelişmiş bilgisayar modellerinin yardımıyla araştırmacılar akuodiyum için potansiyel bir yaşam alanı belirlediler: buz devleri Uranüs ve Neptün'ün çekirdeklerinde bulunan aşırı basınç. Daha da önemlisi, bu yoğun, buzlu ortamdaki varlığı, gezegenlerin alışılmadık manyetik alanlarını açıklamaya yardımcı olabilir. Garip bir şekilde, her ikisi de dönme eksenlerine göre oldukça eğik ve gezegenlerin merkezlerinden önemli ölçüde uzaktalar. Benzer boyut ve kütleye sahip olmaları nedeniyle Neptün ve Uranüs'ün çekirdekleri neredeyse aynı. Her ikisinin de Jüpiter ve Satürn gibi kayaç çekirdekleri var, ancak daha büyük komşularının aksine, iç basınçları moleküler hidrojeni elektrik ileten sıvı bir metale dönüştürmek için yeterli değil. Bunun yerine, bu gezegenlerin yüzeylerinin yaklaşık 20.000 kilometre altında buzlu su ve amonyaktan oluşan büyük bir manto oluşur.

İşlerin ilginçleştiği nokta da burası: yeni çalışmanın yazarları gezegenlerin olağandışı manyetik alanlarının yük taşıyıcı olarak hareket eden iyonlar tarafından üretilebileceğini öne sürüyor. İyonlar, bir ya da daha fazla elektronun kaybedilmesi ya da kazanılması sonucu net elektrik yüküne sahip atom ya da moleküllerdir. Uranüs ve Neptün'ün manyetik alanlarıyla ilgili olan bu iyonların yalnızca bağımsız protonlar olarak var olması gerekmez, aynı zamanda hidronyum, amonyum ve akuodiyum da içerebilir.

Kimyada bir molekül tipik olarak temel hal olarak bilinen en düşük enerji formunda bulunur. Bunun nedeni, doğanın en az dirençli yolu izleme eğiliminde olması ve temel halin, molekül içindeki atomların ideal açılardan daha az bağlandığı anlamına gelen bağ gerilimi ve molekül içindeki yüklü atomların veya grupların birbirini ittiği elektrostatik itme gibi faktörleri en aza indirmesidir. Akuodiyum oluşturmanın zorluğu, hidronyum iyonuna ikinci bir proton eklendiğinde ortaya çıkan artan elektrostatik itme ve gerilmede yatıyor; bu, pozitif yüklü iki mıknatısı bir araya getirmeye çalışmak gibi.

Hidronyum oluşturmak için suya bir proton eklendiğinde, bu iki faktörün üstesinden daha kolay gelinebilir. Ortaya çıkan molekül, oksijen atomlarından yalnızca birinde bulunan pozitif bir yüke sahiptir ve hidrojen atomları merkezdeki oksijen atomunun etrafında kararlı bir geometride düzenlenir. Bu durumdan akuodiyuma geçmek için yapıya ikinci bir proton eklemeniz gerekir, ancak bu da moleküldeki pozitif yük miktarını artıracak, pozitif yüklü protonlar arasında önemli bir elektrostatik itmeye yol açacak ve hidronyumun mevcut moleküler yapısını bozarak gerginlik yaratacaktır.

Normal koşullar altında, bu faktörler kararlı akuodiyum oluşumuna izin vermez. Bunun mümkün olmasının tek yolu, tüm gerilme, itme ve diğer komplikasyonlara rağmen reaksiyonda molekülü bir araya gelmeye zorlayacak kadar enerji bulunmasıdır. Dünya'da bu tür bir enerjiye sahip değiliz. Ancak, Uranüs ve Neptün'ün aşırı koşulları altında, gerçekten de yeterli enerji olabilir. Bilim insanları simülasyonlarında akuodiyumun makul bir sonuç olarak ortaya çıktığını, çünkü bu dünyalarda bulunan çok yüksek basınçların oksijen ve hidrojen iyonlarının bağlanmasını teşvik ettiğini, böylece akuodiyumun stabilize edilebileceğini bildirdiler. Eğer bu gezegenlerde kararlı bir akuodiyum varsa, nihayet bu gezegenlerin tuhaf manyetik alanlarını nereden aldıklarını çözme yolunda ilerliyor olabiliriz.

1. Silikat demir-nikel çekirdek: Uranüs gibi Neptün de en az Dünya kadar kütleye sahip kayaç bir demir-nikel çekirdeğe sahip. Merkezindeki basınç 7 milyon Dünya atmosferine erişebilir; bu, Dünya'nın çekirdeğinden daha yüksek.

2. Akışkan buzul manto: Bir buz devi olan Neptün'ün büyük kütlesi amonyak, su, metan ve diğer buzlardan oluşan bir mantodan meydana geliyor. Son deneyler derinliklerinde bir karbon okyanusu ve elmas yağmuru olduğunu düşündürüyor.

3. Hidrojen-helyum atmosfer: Uranüs gibi Neptün de daha dinamik bir iklime ve belirgin üst bulutlara sahip olsa da hidrojenhelyum atmosferine sahip. Gezegenin koyu mavi renginin doğası henüz bilinmiyor.