Оксид углерода был впервые обнаружен в тропосфере Урана, что указывает на богатые кислородом недра планеты.

Астрономы впервые зарегистрировали угарный газ и цианистый водород в нижних и верхних слоях Урана. Новые данные показали, что недра планеты могут быть значительно обогащены кислородом. Это открытие поможет разрешить давнюю загадку о том, сформировался ли Уран иначе, чем его ближайший сосед Нептун, или же их формирование происходило по схожей схеме.

Уран и Нептун относят к ледяным гигантам, так как значительная часть их массы состоит из летучих соединений, которые в планетологии называются «льдами». Проще говоря, они содержат гораздо больше таких веществ, как вода, аммиак и метан, чем Юпитер и Сатурн, состоящие в основном из водорода и гелия. Именно это отличает Уран и Нептун от газовых гигантов.

Эти две планеты окружены плотной газовой оболочкой, скрывающей от наблюдателя внутренние процессы, в том числе области высокого давления и температуры. Поэтому для понимания структуры и состава ледяных миров ученые используют данные спектроскопических наблюдений, измеряют интенсивность теплового излучения и анализируют химические «следы» в атмосфере, которые позволяют косвенно судить о том, что происходит в глубоких слоях планет.

Особый интерес представляет угарный газ (СО): он считается индикатором воды и других «льдов», то есть служит химическим «следом» глубинного кислорода. CO либо образуется внутри планеты в результате взаимодействия углерода с кислородом, который у ледяных гигантов в основном связан с водой (H₂O), либо приносится извне. Если СО имеет внутреннее происхождение, то это означает, что в недрах планеты имеется значительное количество кислородсодержащих веществ, прежде всего воды и водно-аммиачных «льдов».

Например, окись углерода в нижних слоях атмосферы Нептуна была обнаружена только в 1990-х годах с помощью наземных и инфракрасных спектроскопических наблюдений. В нижних слоях CO не может сохраняться долго без пополнения, поэтому астрономы пришли к выводу, что он имеет внутреннее происхождение.

В 2000-х годах CO также был обнаружен на Уране, но только в верхних слоях атмосферы. Последующие наблюдения показали, что концентрация CO уменьшается с глубиной. Это говорит в пользу внешнего источника, вероятно, кометного вещества или межпланетной пыли. 

Такое несоответствие концентрации угарного газа в атмосферах Нептуна и Урана породило спор в научном мире. Некоторые исследователи предполагают, что в недрах Урана преобладают каменистые вещества, а сам он образовался по иному сценарию, чем его сосед, несмотря на внешнее сходство. Другие считали, что делать такие выводы преждевременно, поскольку наблюдаемые различия можно объяснить слишком малым количеством данных.

Международная группа астрономов под руководством Тибо Кавалье из Университета Бордо во Франции опубликовала статью, в которой сообщается, что они первыми обнаружили угарный газ в тропосфере Урана, то есть в нижних слоях облаков. Открытие было сделано с помощью комплекса радиотелескопов «Большая миллиметровая/субмиллиметровая решётка Атакамы» (ALMA), расположенного в чилийской пустыне Атакама. 

Проанализировав три наблюдения ALMA с 2022 по 2024 год, Кавальер и его коллеги обнаружили, что тропосфера Урана содержит CO в концентрациях 5,8 ± 0,3 частей на миллиард. Окись углерода в тропосфере связана с внутренним источником.

Используя полученную концентрацию CO, авторы исследования рассчитали содержание кислорода в недрах планеты. Оказалось, что его как минимум в 52 раза больше, чем в протопланетной туманности. Этот избыток кислорода означает, что Уран, вероятно, поглотил много воды и других летучих веществ при своем формировании. Новые данные помогут уточнить модели внутренней структуры этой планеты и лучше понять, почему ее история рождения могла отличаться от истории Нептуна.

Команда Кавалера также впервые обнаружила цианистый водород (HCN) в стратосфере Урана, причем в чрезвычайно низких концентрациях. Это соединение может образоваться либо в результате фотохимических реакций в верхних слоях атмосферы, либо в результате притока внешнего материала — например, межпланетной пыли или кометных обломков, содержащих азот и углерод.

Наличие HCN важно, поскольку оно служит индикатором поведения азота в атмосфере: показывает, как азотсодержащие соединения реагируют на солнечную радиацию, насколько эффективно происходит вертикальное перемешивание слоев атмосферы, поступает ли азот (и родственные ему вещества) в верхние облачные слои планеты извне.