Eisriesen: Uranus und Neptun

Die flüchtigen äußeren Riesen, kleiner und kälter als Jupiter und Saturn, mit extremen Achsneigungen und seltsam versetzten Magnetfeldern.

Definition

Eisriesen sind Planeten, die von schwereren flüchtigen Eissorten wie Wasser, Ammoniak und Methan dominiert werden, anstatt von Wasserstoff und Helium; im Sonnensystem sind dies Uranus und Neptun.

Scope

Dieses Thema behandelt Uranus und Neptun: ihre Massenzusammensetzung, die von Wasser-, Ammoniak- und Methan-Eis gegenüber Gestein dominiert wird; ihre innere Struktur und die exotischen Materiezustände, wie z.B. superionisches Wasser, die in ihnen vermutet werden; ihre Atmosphären, Winde und Wetter; und ihre stark geneigten, versetzten, nicht-dipolaren Magnetfelder. Es werden auch die extreme Achsneigung des Uranus und die anomale innere Wärme des Neptun sowie die Tatsache erwähnt, dass beide nur einmal von Voyager 2 besucht wurden.

Core questions

• Wie ist die innere Struktur und Zusammensetzung der Eisriesen?
• Warum sind ihre Magnetfelder stark geneigt, versetzt und nicht-dipolar?
• Warum hat Neptun eine starke innere Wärme, während Uranus nahezu wärmeausgeglichen erscheint?
• Wie kam es, dass Uranus auf die Seite gekippt ist?

Key theories

Eisdominierte Innenbereiche

Es wird angenommen, dass die Eisriesen aus einer tiefen, heißen, elektrisch leitenden Flüssigkeitsschicht aus Wasser, Ammoniak und Methan über einem felsigen Kern bestehen, unterhalb einer Wasserstoff-Helium-Atmosphäre, was sie von den Gasriesen unterscheidet.

Dünnschicht-Dynamo

Auf eine relativ dünne äußere Leitschicht beschränkte Konvektion kann die stark geneigten, versetzten und multipolaren Magnetfelder erzeugen, die bei Uranus und Neptun beobachtet werden.

Mechanisms

Unterhalb ihrer Atmosphären beherbergen die Eisriesen eine dichte Flüssigkeit aus Wasser und anderen Eissorten, die unter Druck elektrisch leitend wird; Konvektion innerhalb einer begrenzten Schicht dieser Schicht erzeugt vermutlich ihre ungewöhnliche magnetische Geometrie. Die Innenbereiche könnten superionisches Wasser beherbergen, bei dem Sauerstoff ein festes Gitter bildet, während Wasserstoff frei fließt.

Clinical relevance

Eisriesen stellen eine Planetenklasse dar, die schlecht erforscht ist, aber möglicherweise die häufigste Art von Planeten in der Galaxis ist, was Uranus und Neptun zu Schlüsselreferenzen für die Interpretation von Exoplaneten mit Neptun-Masse macht.

History

Uranus wurde 1781 von William Herschel teleskopisch entdeckt und Neptun wurde 1846 aus Orbitalstörungen vorhergesagt und gefunden. Fast alle detaillierten Kenntnisse über beide Planeten stammen von den einzelnen Voyager-2-Vorbeiflügen in den Jahren 1986 und 1989, die ihre versetzten Magnetfelder, schwachen Ringe und großen Monde enthüllten und Vorschläge für dedizierte zukünftige Missionen motivierten.

Debates

Wie eisig sind die Eisriesen?

Die genauen Anteile von Eis, Gestein und Gas im Inneren von Uranus und Neptun und ob ihre Innenbereiche geschichtet oder gemischt sind, sind durch die begrenzten Voyager-Daten schlecht eingeschränkt.

Key figures

• Heidi Hammel
• Mark Hofstadter
• Tristan Guillot
• Jonathan Fortney

Seminal works

• guillot2005
• hofstadter2019

Frequently asked questions

Warum ist Uranus auf die Seite gekippt?

Die Rotationsachse des Uranus ist um fast 98 Grad geneigt, so dass er im Wesentlichen entlang seiner Umlaufbahn rollt; die führende Erklärung ist ein oder mehrere riesige Einschläge früh in seiner Geschichte.

Haben Raumfahrzeuge Uranus und Neptun besucht?

Nur eine, Voyager 2, die 1986 an Uranus und 1989 an Neptun vorbeiflog; noch keine Sonde wurde zu einem der beiden Planeten geschickt.