محاكاة المادة في باطن الكواكب الجليدية العملاقة
في أعماق أورانوس ونبتون، قد تتصرف المادة بطرق لا تنسجم مع الفئات المألوفة للصلب أو السائل أو الغاز. تشير محاكاة حاسوبية جديدة أجراها عالما Carnegie Cong Liu وRonald Cohen إلى أن هيدريد الكربون قد يشكل حالة فائقة الأيونية غير معتادة وشبه أحادية البعد تحت الضغوط ودرجات الحرارة الشديدة التي يُعتقد أنها موجودة داخل الكواكب الجليدية العملاقة.
تركز الدراسة، المنشورة في Nature Communications وفقًا لـ Science Daily، على ظروف تقع بعيدًا جدًا تحت الأغلفة الجوية المرئية لأورانوس ونبتون. وغالبًا ما يُطلق على هذين الكوكبين اسم العملاقين الجليديين، لكن هذا الوصف قد يكون مضللًا. فداخلهما ليس مجرد خزانات متجمدة، بل بيئات عالية الضغط يمكن للمركبات الشائعة فيها أن تتخذ أشكالًا غريبة.
ماذا يعني فائق الأيونية
في المادة فائقة الأيونية، يتصرف جزء من البنية كما لو كان صلبًا بينما يتصرف جزء آخر بشكل أقرب إلى السائل. يصف المصدر المقدم طورًا متوقعًا تدور فيه ذرات الهيدروجين عبر إطار كربوني صلب. وقد يؤثر هذا السلوك الهجين في كيفية انتقال الحرارة والكهرباء داخل أورانوس ونبتون والكواكب المماثلة.
يشير وصف شبه أحادي البعد إلى نمط الحركة في المحاكاة. فبدلًا من التحرك بحرية في جميع الاتجاهات، تُقيَّد حركة الهيدروجين على طول مسارات لولبية داخل البنية الكربونية. وهذا النوع من التنظيم الداخلي بعيد جدًا عن الكيمياء اليومية، لكنه قد يكون بالضبط نوع الفيزياء التي تهيمن على باطن الكواكب.
لماذا يصعب تفسير أورانوس ونبتون
لطالما مثّل أورانوس ونبتون ألغازًا لعلماء الكواكب، بما في ذلك مجالاتهما المغناطيسية غير المعتادة وسلوكهما الحراري الداخلي المعقد. ويقول النص المصدر من Science Daily إن البنية فائقة الأيونية المحاكاة قد تعيد تشكيل كيفية تدفق الحرارة والكهرباء داخل هذين العالمين البعيدين، ما قد يساعد في تفسير مجالاتهما المغناطيسية الغامضة.
تتولد المجالات المغناطيسية الكوكبية من حركة المواد الموصلة للكهرباء داخل الكوكب. وإذا اختلفت موصلية المواد العميقة أو لزوجتها أو خصائص نقل الحرارة فيها عن الافتراضات السابقة، فقد تحتاج نماذج تلك الحقول إلى مراجعة. وبالتالي فإن طور هيدريد الكربون الفائق الأيونية سيكون أكثر من مجرد فضول كيميائي؛ إذ قد يؤثر في البنية الأساسية للنماذج الكوكبية.
السياق الأوسع للكواكب الخارجية
تكتسب هذه النتيجة أهمية أيضًا لأن أكثر من 6000 كوكب خارجي قد اكتُشف، وفقًا للنص المقدم. وكثير منها يختلف عن الأرض، وبعضها قد يشبه أو يتجاوز الظروف الموجودة داخل أورانوس ونبتون. ويساعد فهم الحالات الداخلية الغريبة العلماء على تفسير كتلة الكوكب ونصف قطره وسلوكه المغناطيسي وتطوره الحراري انطلاقًا من بيانات رصد محدودة.
بالنسبة للكواكب الخارجية، لا يستطيع الباحثون أخذ عينات مباشرة من باطنها. بل يعتمدون على نماذج تربط الخصائص المرصودة بتركيبات وأطوار داخلية محتملة. وإذا كان الكربون والهيدروجين والماء والميثان والأمونيا تشكل بنى غير متوقعة تحت الضغط، فإن تصنيفات الكواكب القائمة على تسميات تركيبية بسيطة تصبح أقل اكتمالًا.
الجليد الساخن ليس جليدًا عاديًا
يُعتقد أن باطن أورانوس ونبتون يتضمن طبقات توصف أحيانًا بأنها جليد ساخن. وتقع هذه المناطق تحت الأغلفة الجوية الخارجية من الهيدروجين والهيليوم وفوق نوى صلبة. ويعتقد العلماء أنها تشمل مركبات مثل الماء والميثان والأمونيا، لكن تحت ضغط وحرارة هائلين قد تتحول هذه الجزيئات إلى حالات غير مألوفة.
تندرج محاكاة هيدريد الكربون ضمن هذا البحث الأوسع عن المواد الحقيقية في باطن الكواكب الجليدية العملاقة. وهي تشير إلى أن الكربون والهيدروجين، وهما مكوّنان أساسيان في الكيمياء الكوكبية، يمكن أن ينظما أنفسهما في بنية لا تتنبأ خصائصها الحدوس اليومية.
المحاكاة أولًا، ثم الدليل
النتيجة المدعومة هنا حسابية. فقد استخدم الباحثون محاكاة متقدمة للتنبؤ بهذه الحالة، ولا يصف المصدر المقدم تجربة مخبرية أنشأتها فعليًا. وهذا التمييز مهم. فالمحاكاة يمكن أن توجه النظرية وتحدد الأطوار المحتملة، لكن التأكيد التجريبي تحت ضغوط ودرجات حرارة مماثلة سيقوي الحجة.
ومع ذلك، تظل المحاكاة من المبادئ الأولى أداة أساسية لدراسة البيئات التي يصعب للغاية إعادة إنتاجها. فهي تتيح للعلماء اختبار كيفية ترتيب الذرات وحركتها عندما لا يكون القياس المباشر ممكنًا بعد. وفي علم الكواكب، غالبًا ما يشكل هذا العمل النظري ما تبحث عنه التجارب والبعثات لاحقًا.
نظرة أعمق إلى العوالم البعيدة
تمنح الحالة المحتملة لهيدريد الكربون الفائق الأيونية الباحثين عنصرًا مرشحًا جديدًا لنماذج الكواكب الجليدية العملاقة. وقد تساعد في تفسير كيفية تصرف الحرارة والكهرباء داخل أورانوس ونبتون، وقد تحسن تفسير الكواكب البعيدة ذات الظروف الداخلية المشابهة.
هذا الاكتشاف ليس جوابًا نهائيًا عن ألغاز العمالقة الجليدية. بل هو سؤال أكثر دقة: إذا كان الهيدروجين قادرًا على التحرك عبر إطار كربوني صلب تحت ظروف شبيهة بنبتون، فكيف يغير ذلك الكوكب الذي يعلوه؟ وبالنسبة لعوالم لا يمكن دراستها إلا من بعيد، فإن هذا النوع من الفهم المادي يمثل خطوة كبيرة نحو معرفة ما يكمن تحت السحب.
هذه المقالة مبنية على تقرير من Science Daily. اقرأ المقال الأصلي.
Originally published on sciencedaily.com