Các hành tinh trong Hệ Mặt Trời thường được chia thành ba loại dựa trên thành phần cấu tạo: bốn hành tinh đá (Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất và Sao Hỏa), tiếp theo là hai hành tinh khí (Sao Mộc và Sao Thổ), và cuối cùng là hai hành tinh rộng lớn bằng băng (Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương).
Tuy nhiên, theo công trình nghiên cứu được thực hiện bởi nhóm khoa học của Đại học Zurich (UZH), Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương thực sự có thể giàu đá hơn là băng.
Nghiên cứu mới không khẳng định hai hành tinh xanh này thuộc loại này hay loại khác - giàu nước hay giàu đá - mà thách thức rằng giàu băng là khả năng duy nhất. Cách diễn giải này cũng phù hợp với khám phá rằng hành tinh lùn Sao Diêm Vương có thành phần chủ yếu là đá.
" Các nghiên cứu về Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương vẫn còn được hiểu rất ít," Luca Morf, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Đại học Zurich và tác giả chính của nghiên cứu, giải thích. "Các mô hình dựa trên vật lý quá nặng về giả định, trong khi các mô hình thực nghiệm quá đơn giản. Chúng tôi đã kết hợp cả hai cách tiếp cận để có được các mô hình nội thất vừa 'bất khả tri' hay không thiên vị, vừa nhất quán về mặt vật lý."
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một quy trình mô phỏng độc đáo cho nội thất của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương. Để làm điều này, họ bắt đầu với một profile mật độ ngẫu nhiên cho nội thất hành tinh. Sau đó họ tính toán trường hấp dẫn hành tinh phù hợp với dữ liệu quan sát và suy ra một thành phần có thể. Cuối cùng, quy trình được lặp lại để có được sự phù hợp tốt nhất có thể giữa các mô hình và dữ liệu quan sát.
"Đó là điều mà chúng tôi đã đề xuất lần đầu gần 15 năm trước, và giờ chúng tôi có khung số học để chứng minh nó," Ravit Helled, Giáo sư tại Đại học Zurich và người khởi xướng dự án, tiết lộ.
Phạm vi mới của thành phần nội thất cho thấy cả hai hành tinh có thể giàu nước hoặc giàu đá.
Nghiên cứu cũng mang đến những góc nhìn mới về trường từ bí ẩn của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương. Trong khi Trái Đất có các cực từ Bắc và Nam rõ ràng, trường từ của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương phức tạp hơn với nhiều hơn hai cực.
"Các mô hình của chúng tôi có các lớp 'nước ion' tạo ra các dynamo từ ở những vị trí giải thích các trường từ không lưỡng cực được quan sát. Chúng tôi cũng phát hiện rằng trường từ của Sao Thiên Vương có nguồn gốc sâu hơn so với Sao Hải Vương," Ravit Helled giải thích.
Mặc dù kết quả đầy hứa hẹn, một số khúc mắc vẫn còn đó. "Một trong những vấn đề chính là các nhà vật lý vẫn hầu như không hiểu cách vật liệu hoạt động dưới các điều kiện áp suất và nhiệt độ kỳ lạ được tìm thấy ở trung tâm của một hành tinh, điều này có thể ảnh hưởng đến kết quả của chúng tôi," Luca Morf, người có kế hoạch mở rộng các mô hình trong tương lai, nói.
Bất chấp những bất định, kết quả mới cũng mở đường cho kịch bản thành phần nội thất tiềm năng mới và thách thức các giả định hàng thập kỷ cũ và hướng dẫn nghiên cứu khoa học vật liệu tương lai trong điều kiện hành tinh.
"Cả Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương đều có thể là đá hoặc băng tùy thuộc vào các giả định của mô hình. Dữ liệu hiện tại không đủ để phân biệt hai loại, và do đó chúng ta cần các sứ mệnh khám phá vũ trụ đến Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương có thể tiết lộ bản chất thực sự của chúng," Ravit Helled kết luận.
