Uranus en Neptunus lijken een bij elkaar passend paar, maar hun scheikunde suggereert dat ze uit verschillend materiaal op verschillende plaatsen zijn gevormd.
Een studie gepubliceerd in Astronomy & Astrophysics schat de koolstof-zuurstofverhouding diep in beide planeten, met behulp van modellen van atmosferische scheikunde en transport samen met koolmonoxidewaarnemingen, veelal van de ALMA-array in Chili. Die verhouding werkt als een chemische vingerafdruk van het materiaal waaruit een planeet is gevormd.
Een verborgen verhouding, indirect gemeten
Niemand kan de diepe atmosfeer van een van beide planeten bemonsteren. Opeenvolgende wolkenslagen blokkeren direct zicht, en alleen Voyager 2 is er ooit langs gevlogen, in 1986 en 1989.
Koolmonoxide biedt een ingang. Het vormt zich of bevindt zich in diepe lagen en wordt door de wolken omhooggevoerd naar hoogten die telescopen kunnen zien, dus de concentratie ervan draagt informatie over gebieden ver daaronder.
Het team vond dat Neptunus aanzienlijk rijker aan zuurstof lijkt dan Uranus. Gecombineerd met schattingen van koolstof geeft dat Neptunus een lagere koolstof-zuurstofverhouding. De bereiken van mogelijke waarden overlappen nog, maar het verschil is moeilijk te verklaren als beide planeten uit dezelfde mix in dezelfde regio van de schijf rond de jonge zon zijn gegroeid.
Neefjes, geen tweeling
Door de resultaten te vergelijken met een model van hoe het vroege zonnestelsel chemisch evolueerde, suggereren de auteurs afzonderlijke geschiedenissen. Uranus kan relatief ver weg zijn gevormd, nabij zijn huidige baan. Neptunus kan dichter bij de zon zijn begonnen, in een zone waar vaste stoffen meer zuurstof bevatten, en daarna naar buiten zijn gemigreerd.
"Uranus en Neptunus lijken vandaag misschien op een tweeling, maar hun scheikunde vertelt ons dat ze meer op neefjes lijken met heel verschillende geschiedenissen," zei Olivier Mousis van het Southwest Research Institute, een medeauteur.
Het resultaat reikt verder dan twee planeten. Werelden van deze omvang vormen meer dan de helft van de ongeveer 6.000 tot nu toe gevonden exoplaneten, dus hoe ijsreuzen zich vormen bepaalt hoe we over een groot deel van de bekende planeten denken.
De open vragen
De auteurs zeggen dat het beeld niet vaststaat. Verticale menging in de diepe atmosferen blijft een grote bron van onzekerheid, en betere metingen zijn nodig. Een speciale missie zoals de Uranus Orbiter and Probe, in 2023 door de Amerikaanse National Academy of Sciences tot topprioriteit voor planeetwetenschap benoemd, zou dat helpen beslechten.