Ледяные гиганты: Уран и Нептун

Внешние гиганты, богатые летучими веществами, меньше и холоднее Юпитера и Сатурна, с экстремальными наклонами оси и странно смещенными магнитными полями.

Definition

Ледяные гиганты — это планеты, в которых преобладают более тяжелые летучие льды, такие как вода, аммиак и метан, а не водород и гелий; в Солнечной системе это Уран и Нептун.

Scope

Эта тема охватывает Уран и Нептун: их объемный состав, в котором преобладают льды воды, аммиака и метана над камнем; их внутреннюю структуру и экзотические состояния вещества, такие как суперионная вода, предполагаемая внутри них; их атмосферы, ветры и погоду; а также их сильно наклоненные, смещенные, недипольные магнитные поля. Также отмечается экстремальный наклон оси Урана и аномальное внутреннее тепло Нептуна, а также тот факт, что оба были посещены только один раз, аппаратом «Вояджер-2».

Core questions

• Какова внутренняя структура и состав ледяных гигантов?
• Почему их магнитные поля сильно наклонены, смещены и недипольны?
• Почему Нептун обладает сильным внутренним теплом, в то время как Уран кажется почти теплосбалансированным?
• Как Уран оказался опрокинутым на бок?

Key theories

Внутреннее строение, где преобладает лед

Считается, что ледяные гиганты состоят из глубокого, горячего, электропроводящего жидкого слоя воды, аммиака и метана над каменистым ядром, под водородно-гелиевой атмосферой, что отличает их от газовых гигантов.

Динамо тонкой оболочки

Конвекция, ограниченная относительно тонким внешним проводящим слоем, может генерировать сильно наклоненные, смещенные и мультиполярные магнитные поля, наблюдаемые на Уране и Нептуне.

Mechanisms

Под своими атмосферами ледяные гиганты содержат плотную жидкость из воды и других льдов, которая становится электропроводящей под давлением; считается, что конвекция в ограниченной оболочке этого слоя создает их необычную магнитную геометрию. Внутри может находиться суперионная вода, в которой кислород образует твердую решетку, в то время как водород свободно перемещается.

Clinical relevance

Ледяные гиганты представляют собой плохо изученный класс планет, который, тем не менее, может быть наиболее распространенным типом планет в галактике, что делает Уран и Нептун ключевыми ориентирами для интерпретации экзопланет массой с Нептун.

History

Уран был открыт телескопически Уильямом Гершелем в 1781 году, а Нептун был предсказан по орбитальным возмущениям и обнаружен в 1846 году. Почти все подробные знания об обеих планетах получены в результате единственных пролетов «Вояджера-2» в 1986 и 1989 годах, которые выявили их смещенные магнитные поля, слабые кольца и крупные спутники, а также послужили основанием для предложений о будущих специализированных миссиях.

Debates

Насколько ледяными являются ледяные гиганты?

Точные пропорции льда, камня и газа внутри Урана и Нептуна, а также вопрос о том, являются ли их внутренние области слоистыми или смешанными, плохо ограничены ограниченными данными «Вояджера».

Key figures

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

Seminal works

• guillot2005
• hofstadter2019

Frequently asked questions

Почему Уран опрокинут на бок?

Ось вращения Урана наклонена почти на 98 градусов, поэтому он по существу катится по своей орбите; ведущее объяснение — одно или несколько гигантских столкновений на ранних этапах его истории.

Посещали ли какие-либо космические аппараты Уран и Нептун?

Только один, «Вояджер-2», который пролетел мимо Урана в 1986 году и Нептуна в 1989 году; ни один орбитальный аппарат еще не был отправлен ни к одной из этих планет.