ดาวยักษ์น้ำแข็ง: ดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน

ดาวยักษ์วงนอกที่อุดมด้วยสารระเหย มีขนาดเล็กกว่าและเย็นกว่าดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ มีแกนเอียงมากผิดปกติและสนามแม่เหล็กที่เยื้องศูนย์อย่างแปลกประหลาด

Definition

ดาวยักษ์น้ำแข็งคือดาวเคราะห์ที่ประกอบด้วยน้ำแข็งระเหยง่ายที่มีน้ำหนักมากกว่า เช่น น้ำ แอมโมเนีย และมีเทน แทนที่จะเป็นไฮโดรเจนและฮีเลียม ในระบบสุริยะได้แก่ ดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน: องค์ประกอบส่วนใหญ่ของพวกมันที่ประกอบด้วยน้ำ แอมโมเนีย และน้ำแข็งมีเทนมากกว่าหิน; โครงสร้างภายในและสถานะที่แปลกใหม่ของสสาร เช่น น้ำซูเปอร์ไอออนิกที่เสนอว่ามีอยู่ภายใน; ชั้นบรรยากาศ ลม และสภาพอากาศ; และสนามแม่เหล็กที่มีความเอียงสูง เยื้องศูนย์ และไม่เป็นแบบไดโพล นอกจากนี้ยังกล่าวถึงความเอียงของแกนดาวยูเรนัสที่สูงมาก และความร้อนภายในที่ผิดปกติของดาวเนปจูน และข้อเท็จจริงที่ว่าทั้งสองดวงถูกสำรวจเพียงครั้งเดียวโดยยานวอยเอเจอร์ 2

Core questions

• โครงสร้างภายในและองค์ประกอบของดาวยักษ์น้ำแข็งเป็นอย่างไร?
• เหตุใดสนามแม่เหล็กของพวกมันจึงเอียงมาก เยื้องศูนย์ และไม่เป็นแบบไดโพล?
• เหตุใดดาวเนปจูนจึงมีความร้อนภายในสูง ในขณะที่ดาวยูเรนัสดูเหมือนจะมีความสมดุลทางความร้อน?
• ดาวยูเรนัสเอียงข้างได้อย่างไร?

Key theories

ภายในที่ประกอบด้วยน้ำแข็งเป็นหลัก

ดาวยักษ์น้ำแข็งเชื่อกันว่าประกอบด้วยชั้นของเหลวที่ลึก ร้อน และนำไฟฟ้าได้ ซึ่งประกอบด้วยน้ำ แอมโมเนีย และมีเทน ทับอยู่บนแกนหิน ภายใต้ชั้นบรรยากาศไฮโดรเจน-ฮีเลียม ซึ่งแตกต่างจากดาวยักษ์ก๊าซ

ไดนาโมเปลือกบาง

การพาความร้อนที่จำกัดอยู่ในชั้นนำไฟฟ้าด้านนอกที่ค่อนข้างบางสามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่มีความเอียงสูง เยื้องศูนย์ และหลายขั้วที่สังเกตได้ที่ดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน

Mechanisms

ภายใต้ชั้นบรรยากาศ ดาวยักษ์น้ำแข็งมีของเหลวหนาแน่นของน้ำและน้ำแข็งอื่นๆ ซึ่งจะกลายเป็นตัวนำไฟฟ้าภายใต้ความดัน การพาความร้อนภายในชั้นจำกัดของชั้นนี้เชื่อกันว่าเป็นสาเหตุของรูปทรงแม่เหล็กที่ผิดปกติ ภายในอาจมีน้ำซูเปอร์ไอออนิก ซึ่งออกซิเจนก่อตัวเป็นโครงสร้างผลึกแข็งในขณะที่ไฮโดรเจนไหลได้อย่างอิสระ

Clinical relevance

ดาวยักษ์น้ำแข็งเป็นดาวเคราะห์ประเภทที่ยังไม่ได้รับการสำรวจมากนัก แต่ก็อาจเป็นดาวเคราะห์ประเภทที่พบได้บ่อยที่สุดในกาแล็กซี ทำให้ดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนเป็นข้อมูลอ้างอิงสำคัญสำหรับการตีความดาวเคราะห์นอกระบบที่มีมวลเท่าดาวเนปจูน

History

ดาวยูเรนัสถูกค้นพบด้วยกล้องโทรทรรศน์โดยวิลเลียม เฮอร์เชลในปี 1781 และดาวเนปจูนถูกทำนายจากการรบกวนวงโคจรและพบในปี 1846 ความรู้โดยละเอียดเกือบทั้งหมดเกี่ยวกับดาวเคราะห์ทั้งสองดวงมาจากการบินผ่านเพียงครั้งเดียวของยานวอยเอเจอร์ 2 ในปี 1986 และ 1989 ซึ่งเผยให้เห็นสนามแม่เหล็กที่เยื้องศูนย์ วงแหวนจางๆ และดวงจันทร์หลักของพวกมัน และกระตุ้นให้เกิดข้อเสนอสำหรับภารกิจในอนาคตโดยเฉพาะ

Debates

ดาวยักษ์น้ำแข็งมีน้ำแข็งมากแค่ไหน?

สัดส่วนที่แน่นอนของน้ำแข็ง หิน และก๊าซภายในดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน และไม่ว่าภายในของพวกมันจะเป็นชั้นๆ หรือผสมกัน ยังไม่สามารถระบุได้อย่างแม่นยำจากข้อมูลที่จำกัดของยานวอยเอเจอร์

Key figures

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

Seminal works

• guillot2005
• hofstadter2019

Frequently asked questions

ทำไมดาวยูเรนัสถึงเอียงข้าง?

แกนหมุนของดาวยูเรนัสเอียงเกือบ 98 องศา ทำให้มันกลิ้งไปตามวงโคจร คำอธิบายชั้นนำคือการชนครั้งใหญ่หนึ่งครั้งหรือมากกว่านั้นในช่วงต้นประวัติศาสตร์ของมัน

มียานอวกาศลำใดเคยไปเยือนดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนหรือไม่?

มีเพียงลำเดียวคือยานวอยเอเจอร์ 2 ซึ่งบินผ่านดาวยูเรนัสในปี 1986 และดาวเนปจูนในปี 1989 ยังไม่มีการส่งยานโคจรไปยังดาวเคราะห์ทั้งสองดวง