Согласно устоявшемуся представлению, Уран и Нептун классифицируются как ледяные гиганты, поскольку их масса в основном состоит из летучих веществ в уникальном состоянии, известном как «горячие льды». Однако, у планетологов возникла альтернативная гипотеза: существует вероятность отсутствия «горячих льдов» внутри этих планет, и их состав может включать крупные каменные ядра, покрытые тонкой газовой оболочкой.
Несмотря на то, что плотность Юпитера составляет 1,33 грамма на кубический сантиметр, что немного превышает плотность Урана, никто не ставит под сомнение, что самая большая планета Солнечной системы является газовым гигантом. Он в основном состоит из водорода, однако его колоссальная масса (в 318 раз превышающая массу Земли) приводит к формированию внутри планеты чрезвычайно высокого давления, из-за которого водород в ядре переходит в состояние, похожее на «металл.
Уран содержит лишь около 14 масс Земли, а Нептун — 17, однако их плотности равны 1,27 и 1,64 грамма на кубический сантиметр соответственно. Из-за того, что внутри Юпитера создается гораздо большее давление, в этих планетах его не может быть. Поэтому ученые-планетологи сделали вывод о том, что водород и гелий составляют лишь около трети от их общей массы, а под этой легкой оболочкой, вероятно, находится нечто более плотное.
Ранее полагали, что это преимущественно смесь льдов – воды, аммиака и метана в уникальном состоянии, которое может существовать только при экстремальном давлении и высокой температуре. Тем не менее, в недрах обеих планет, вероятно, имеются твердые ядра, состоящие из камня и металла, схожие по размерам и массе с Землей.
Недавние исследования, проведенные учеными из Университета Цюриха, расположенного в Швейцарии, поставили под вопрос общепринятое представление и поделились собственными расчетами в статье, доступной на сервере препринтов arXiv.org. По имеющимся данным, собранным на текущий момент, ученые не готовы однозначно классифицировать Уран и Нептун как ледяные гиганты.
Для создания моделей внутреннего строения этих планет ученые учитывали как известные характеристики, так и фундаментальные физические законы. Полученные результаты показали, что и Уран, и Нептун вполне могли сформироваться не как ледяные гиганты, а как «каменные» — с плотными ядрами, занимающими до половины и более массы планеты. Диаметр Урана и Нептуна составляет приблизительно 51 и 49 тысяч километров соответственно.
Как формируются магнитные поля двух планет – вопрос, который заинтересовал исследователей. У Урана и Нептуна они значительно слабее, чем у Земли, и обладают более сложной структурой. Согласно наиболее распространенной гипотезе, эти поля не возникают в ядре, а образуются в мантии. Там, под воздействием высокого давления, вода распадается на ионы, что существенно повышает ее электропроводность. Интенсивное перемешивание этой среды, по-видимому, создает магнитное динамо. Планетологи отмечают, что, несмотря на статус «ледяных гигантов», Уран и Нептун сохраняют этот электропроводящий слой, хотя он и должен быть менее выраженным, чем предполагает традиционная модель их внутреннего устройства.