Определение высотного профиля угарного газа в атмосферах планет-гигантов позволяет определить содержание кислорода глубоко в недрах этих планет. Угарный газ обратимо образуется из метана и водяного пара в реакции H
2O + CH
4 = CO + 3H
2
Однако водяной пар (в отличие от угарного газа) конденсируется при относительно высоких температурах и в верхние слои атмосферы холодных планет может попасть только извне, вместе с кометами и ледяной пылью. Это происходит из-за наличия в атмосферах т.н. «холодных ловушек» – атмосферных слоев с очень низкой температурой, в которых водяной пар конденсируется в ледяные пылинки. Поднимаясь вместе с восходящими потоками воздуха из теплых недр планеты, водяной пар конденсируется в «ледяной ловушке» и выше (в стратосферу) уже не попадает. Поэтому содержание в стратосфере водяного пара, попавшего туда вместе с кометами или ледяной пылью, ничего не говорит о его содержании в недрах планеты.
В отличие от водяного пара, в атмосферах
Урана и
Нептуна угарный газ не конденсируется. Поэтому ученые надеялись определить содержание кислорода в недрах Урана, спектроскопическим методом измерив содержание угарного газа в его стратосфере. Наблюдения проводились в миллиметровом диапазоне с помощью космического ИК-телескопа им. Гершеля 15 июня 2012 года (конкретно, изучалась линия CO (8-7) на частоте 921.8 ГГц).
Результаты получились довольно любопытными. Прозондировав область атмосферы на уровне 0.1-5 мбар, группа европейских астрономов под руководством Тибо Кавалье (Thibault Cavalié) нашла, что содержание угарного газа составляет там 7.1-9 10
-9 молярных долей. При этом для уровня давлений ~200 мбар (строго 10-2000 мбар) был получен только верхний предел на содержание угарного газа – 2.1 10
-9 молярных долей. Иначе говоря, содержание угарного газа падало с ростом глубины, что говорит о его внешнем (а не внутреннем) источнике в стратосфере Урана.
Опираясь на полученный верхний предел, авторы статьи нашли, что отношение содержания кислорода к водороду O/H в недрах Урана не более чем в 500 раз превышает солнечное значение.
Что же может приносить угарный газ в атмосферу Урана? Кавалье с коллегами полагают, что этим источником являются кометы. Они нашли, что требуемое количество угарного газа в стратосфере может обеспечиваться падением примерно раз в 500 лет кометного ядра диаметром 640-700 метров (с 6-кратной неопределенностью). Отток угарного газа из стратосферы происходит за счет вертикальной диффузии в недра планеты.
В целом состав верхней атмосферы Урана такой: 15.2% приходится на гелий, 1.6% на метан, почти все остальное – водород, пишет сайт
Планетные системы.