Araştırmacılar, bu devasa dünyaların derinliklerinde gizli bir cevap bulmuş olabileceklerine inanıyorlar. Yeni bir çalışma, aşırı koşullar altında malzemelerin elektriği iletme yeteneğindeki değişikliklerin, gezegenlerin alışılmadık manyetizmasını açıklayabileceğini öne sürüyor. Bulgular ayrıca ilgi çekici bir olasılığı da ortaya koyuyor: Uranüs ve Neptün’ün manyetik alanları sadece birkaç on yıl içinde önemli ölçüde değişebilir.

Communications Physics dergisinde yayınlanan araştırma, Teksas Üniversitesi Austin kampüsünden bilim insanlarının öncülüğünde, Kaliforniya Üniversitesi, Los Angeles, Imperial College London ve Northumbria Üniversitesi’nden araştırmacılarla iş birliği içinde gerçekleştirildi.

Uranüs ve Neptün’ün Neden Bu Kadar Garip Manyetik Alanlara Sahip Olduğu

Gezegenlerin manyetik alanları, yüzeyin derinliklerinde, elektrik iletebilen hareketli sıvıların manyetik kuvvetler ürettiği yerde ortaya çıkar. Bilim insanları bu sürece dinamo adını verir.

Dünya’da bu dinamo, çoğunlukla katı kaya ile çevrili erimiş metal tabakası olan dış çekirdekte çalışır. Sıvı demir dolaşırken ve gezegen dönerken, dev bir çubuk mıknatısa benzeyen bir manyetik alan oluşturur. Bu, pusulaların tutarlı bir yönü göstermesini sağlayan kuzey ve güney manyetik kutuplarını üretir.

Dünya’nın manyetik alanı da dönüş ekseniyle yakından hizalanmıştır. Dipol olarak bilinen ana manyetik ekseni sadece 11 derece eğiktir. Uranüs ve Neptün ise çarpıcı şekilde farklıdır. Uranüs’ün manyetik dipolü 59 derece eğikken, Neptün’ünki 47 derece eğiktir.

Bu aşırı eğimleri açıklamak, iki gezegenin iç yapısını daha iyi anlamayı gerektirir.

Uranüs ve Neptün, buz devleri olarak sınıflandırılır; bu isim, onların sadece donmuş dünyalar olduklarını değil, varsayılan bileşimlerini yansıtır. Her biri Dünya’dan yaklaşık dört kat daha geniştir ve bilim insanları iç kısımlarında önemli miktarda hidrojen, helyum, su, amonyak, metan ve kayaç malzemesi bulunduğuna inanmaktadır. Bununla birlikte, iç bileşimlerinin kesinliği hala belirsizdir.

Buz Devlerinin Derinliklerinde Aşırı Koşullar

Çalışmanın baş yazarı ve UT Jackson Yerbilimleri Okulu’nda araştırma görevlisi olan Chi Yan, gezegenlerin muazzam boyutları ve alışılmadık kimyasal yapılarının, manyetik alanlarındaki bozulmayı açıklamaya yardımcı olabileceğine inanıyor.

Yan, “Uranüs ve Neptün’ün derinliklerinde basınç ve sıcaklıklar son derece yüksek seviyelere ulaşır,” dedi. “Su moleküllerinin iyonlara ayrışmasına neden olabilen bu koşullar altında, malzemenin elektriksel iletkenliği derinlikle birlikte artabilir.”

İyonlar, elektrik akımı taşıyabilen elektriksel olarak yüklü parçacıklardır. Uranüs ve Neptün’ün içindeki maddelerin daha derinlerde daha iletken hale gelmesi, manyetik alanlarının nasıl oluştuğunu önemli ölçüde etkileyebilir.

Bu olasılığı araştırmak için araştırmacılar, Voyager 2 tarafından kaydedilen garip manyetik alanları yeniden üretmek üzere tasarlanmış bilgisayar simülasyonları geliştirdiler.

Modellerinde, elektriksel iletkenliğin gezegenlerin iç kısımlarına doğru arttığı varsayımı yer alıyordu. Araştırmacılar ayrıca, dolaşan sıvıların, sıcaklık değişimlerinin ve manyetik kuvvetlerin zaman içinde nasıl etkileşimde bulunduğunu inceleyerek çeşitli olası iç yapıları da test ettiler.

Sonuçlar, bu değişen elektriksel özelliklerin, her iki buz devinin çevresinde gözlemlenen sıra dışı manyetik alanların oluşmasında çok önemli bir rol oynayabileceğini düşündürmektedir.

Manyetik Kutuplar On Yıllar İçinde Önemli Ölçüde Değişebilir

Belki de en şaşırtıcı bulgu, Uranüs ve Neptün’ün manyetik alanlarının Dünya’nınkinden çok daha az kararlı olabileceğidir.

Simülasyonlara göre, manyetik eksenleri nispeten kısa sürelerde önemli değişikliklere uğrayabilir. Bazı senaryolarda, manyetik eğim sadece birkaç on yıl içinde onlarca derece kaymıştır.

Bu durum, Uranüs ve Neptün’ü çevreleyen manyetik alanların bugün, Voyager 2’nin 1980’lerde yanlarından geçerken ölçtüğü manyetik alanlardan önemli ölçüde farklı olma olasılığını ortaya çıkarıyor.

Yan, “Dünya’nın manyetik eğimi 50 yılda sadece bir derece kadar değişiyor,” dedi. “Modellerimiz buz devlerinin çok farklı davranabileceğini gösteriyor. Bazı bölgelerde eğim on yıllar içinde onlarca derece değişiyor. Diğerlerinde ise aynı süre zarfında sadece çok az bir kayma oluyor.”

Bu çarpıcı değişiklikler, doğrulanmış gözlemlerden ziyade bilgisayar modellerinden elde edilen tahminler olarak kalmaktadır. Bununla birlikte, bilim insanları bu değişikliklerin kanıtlarını aramak için zaten bir yöntem geliştirmiş olabilirler.

James Webb Teleskobu Manyetik Değişimleri Ortaya Çıkarabilir

Araştırmacılar şu anda James Webb Uzay Teleskobu (JWST) tarafından yakalanan Uranüs ve Neptün’ün ayrıntılı kızılötesi görüntülerini inceliyorlar. Özellikle, Güneş’ten gelen yüklü parçacıkların atmosferlerindeki gazlarla etkileşime girmesi sonucu oluşan gezegenlerin kutup ışıklarıyla ilgileniyorlar.

Kutup ışıkları, gezegenlerin manyetik alanlarıyla yakından bağlantılıdır ve bu da onları gezegenlerin gizli iç kısımlarının çok yukarısında neler olup bittiğine dair değerli ipuçları haline getirir. Bu parlayan atmosferik özelliklerin görünümündeki ve düzenindeki değişiklikler, araştırmacıların Voyager 2’nin karşılaşmalarından bu yana manyetik kutupların yer değiştirip değiştirmediğini belirlemelerine yardımcı olabilir.

“Bu gözlemlerin içeriği üzerinde yoğun bir şekilde çalışıyoruz, ancak kutup ışıklarının şekli ve yapısı, ayrıca iyonosferdeki diğer tuhaf desenler, manyetik alanların nasıl değiştiğini anlamamıza olanak sağlayacak önemli bir adım taşı niteliğinde,” dedi JWST gözlem kampanyasını yöneten ve makaleyi dergi için inceleyen Northumbria Üniversitesi’nden Profesör Tom Stallard.

İyonosfer, üst atmosferde elektriksel olarak yüklü parçacıklar içeren bir bölgedir. Davranışı manyetik aktiviteden etkilenir ve gezegenlerin değişen manyetik ortamları hakkında potansiyel bir bilgi kaynağı daha sunar.

Araştırma ekibi, Webb’in kutup ışığı gözlemlerini Voyager 2’nin orijinal manyetik alan ölçümleri ve yeni dinamo simülasyonlarıyla birleştirmeyi umuyor. Bu kanıt kaynakları birlikte, Uranüs ve Neptün’ün manyetik alanlarının bugün nasıl düzenlendiğine dair şimdiye kadarki en net resmi sağlayabilir.

Bununla birlikte, bilim insanları gezegenlerin derin iç yapılarını tam olarak anlamanın, bu uzak dünyalara yeni uzay aracı görevleri gerektireceğini vurguluyor. O zamana kadar, geliştirilmiş simülasyonlar ve güçlü teleskoplar, güneş sisteminin en sıra dışı manyetik gizemlerinden birini çözmeye yardımcı olabilir.

Bu araştırma, Teksas Üniversitesi Jeofizik Enstitüsü (UTIG), Ulusal Havacılık ve Uzay Dairesi (NASA) ve Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi tarafından finanse edilmiştir.