Почему магнитные поля Урана и Нептуна меняются быстрее земного

Численные модели исследователей из Техасского университета в Остине и их коллег показали, как меняющаяся с глубиной электропроводность вещества может формировать необычные магнитные поля Урана и Нептуна. Статья опубликована 3 ноября 2026 года в Communications Physics, научное сообщение об исследовании вышло 6 ноября.

Поля двух ледяных гигантов не похожи на земное. У Земли основная часть магнитного поля напоминает поле стержневого магнита, а магнитный диполь наклонён к оси вращения примерно на 11°. У Урана наклон составляет 59°, у Нептуна 47°. Кроме того, их поля многополюсные и заметно несимметричные.

Что происходит внутри планет

Планетарное динамо возникает, когда электропроводящая жидкость движется в недрах. Движение поддерживает электрические токи, а они создают магнитное поле. Авторы рассчитали совместную эволюцию движения жидкости, температуры и поля в трёхмерной сферической оболочке с помощью открытого кода MagIC.

В одной группе расчётов электропроводность оставалась постоянной по радиусу. Такие модели давали преимущественно дипольное поле. В другой группе проводимость увеличивалась с глубиной. Эти расчёты создавали многополюсные и неосесимметричные поля, похожие на наблюдавшиеся у Урана и Нептуна.

Такой профиль проводимости согласуется с физикой вещества в недрах ледяных гигантов. При давлениях около 30–50 ГПа вода может переходить из молекулярного состояния в ионное, а её электропроводность возрастает. При этом точный состав, температура и строение недр обеих планет пока неизвестны, поэтому модели не описывают их с полной определённостью.

Расчёты также показали временную изменчивость поля. Небольшие недипольные структуры меняются быстрее крупной дипольной составляющей. Поэтому общая карта поля может заметно перестраиваться, даже если главный диполь некоторое время остаётся относительно устойчивым. В отдельных интервалах модельного времени наклон поля менялся на десятки градусов за несколько десятилетий, а в других периоды изменений были медленнее.

Для сравнения, в научном сообщении приведена оценка: наклон земного поля меняется примерно на один градус за 50 лет. Это не означает, что геомагнитное поле неподвижно. Оно испытывает дрейф, кратковременные ускорения изменений, экскурсии и инверсии. Но его крупная дипольная структура обычно меняется медленнее, чем сложные компоненты полей ледяных гигантов в рассмотренных расчётах.

Представим условную планету, где поле складывается из одного большого устойчивого магнита и нескольких небольших магнитных пятен. Если пятна быстро перемещаются, наблюдаемая карта поля изменится, хотя главный магнит почти не повернётся. Это только аналогия для объяснения механизма, а не результат отдельного эксперимента и не доказательство того, что поля Урана и Нептуна уже изменились на конкретную величину.

Почему вывод пока нельзя проверить напрямую

Voyager 2 измерил магнитное поле каждой планеты только во время одного пролёта в конце 1980-х годов. Поэтому надёжной временной последовательности измерений нет, и реальную скорость изменений пока определить нельзя.

Наблюдения дают лишь отдельные косвенные подсказки. Южное полярное сияние Нептуна, по данным статьи, сместилось примерно на 30° между 1989 и 2023 годами. Однако исследователи подчёркивают, что связь этого смещения с изменением магнитного поля не установлена.

Дополнительные сведения могут дать наблюдения космического телескопа James Webb. Он регистрирует инфракрасное излучение полярных сияний Урана и Нептуна. Форма и положение сияния зависят от движения заряженных частиц вдоль магнитных линий, поэтому их можно сопоставить с данными Voyager 2 и результатами динамо-моделей. Для прямой проверки потребуются новые миссии к ледяным гигантам.

Подробное описание расчётов опубликовано в статье Communications Physics. При подготовке собственных научных материалов полезно отдельно проверять исходные данные, допущения модели и ограничения наблюдений, например с помощью услуг по подготовке научных статей.