Các Hành Tinh Khổng Lồ Băng: Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương

Những hành tinh khổng lồ bên ngoài giàu chất dễ bay hơi, nhỏ hơn và lạnh hơn Sao Mộc và Sao Thổ, với độ nghiêng trục cực lớn và từ trường lệch tâm một cách kỳ lạ.

Definition

Các hành tinh khổng lồ băng là những hành tinh chủ yếu chứa các loại băng dễ bay hơi nặng hơn như nước, amoniac và mêtan thay vì hydro và heli; trong Hệ Mặt Trời, đó là Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương.

Scope

Chủ đề này bao gồm Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương: thành phần khối lượng lớn của chúng chủ yếu là nước, amoniac và băng mêtan thay vì đá; cấu trúc bên trong của chúng và các trạng thái vật chất kỳ lạ như nước siêu ion được đề xuất bên trong chúng; khí quyển, gió và thời tiết của chúng; và từ trường có độ nghiêng lớn, lệch tâm, không lưỡng cực của chúng. Nó cũng đề cập đến độ nghiêng trục cực lớn của Sao Thiên Vương và nhiệt nội bất thường của Sao Hải Vương, cũng như thực tế là cả hai chỉ mới được tàu Voyager 2 ghé thăm một lần.

Core questions

• Cấu trúc và thành phần bên trong của các hành tinh khổng lồ băng là gì?
• Tại sao từ trường của chúng lại nghiêng mạnh, lệch tâm và không lưỡng cực?
• Tại sao Sao Hải Vương có nhiệt nội mạnh trong khi Sao Thiên Vương dường như gần như cân bằng nhiệt?
• Sao Thiên Vương đã nghiêng sang một bên như thế nào?

Key theories

Nội thất chủ yếu là băng

Các hành tinh khổng lồ băng được cho là bao gồm một lớp chất lỏng sâu, nóng, dẫn điện gồm nước, amoniac và mêtan trên một lõi đá, bên dưới khí quyển hydro-heli, phân biệt chúng với các hành tinh khổng lồ khí.

Máy phát điện vỏ mỏng

Đối lưu giới hạn trong một lớp dẫn điện bên ngoài tương đối mỏng có thể tạo ra từ trường có độ nghiêng lớn, lệch tâm và đa cực được quan sát tại Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương.

Mechanisms

Bên dưới khí quyển của chúng, các hành tinh khổng lồ băng chứa một chất lỏng đậm đặc gồm nước và các loại băng khác, trở nên dẫn điện dưới áp suất; đối lưu trong một lớp vỏ giới hạn của lớp này được cho là tạo ra hình dạng từ trường bất thường của chúng. Bên trong có thể chứa nước siêu ion, trong đó oxy tạo thành mạng tinh thể rắn trong khi hydro chảy tự do.

Clinical relevance

Các hành tinh khổng lồ băng đại diện cho một loại hành tinh ít được khám phá nhưng có thể là loại hành tinh phổ biến nhất trong thiên hà, khiến Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương trở thành những tham chiếu quan trọng để giải thích các ngoại hành tinh có khối lượng tương đương Sao Hải Vương.

History

Sao Thiên Vương được William Herschel phát hiện bằng kính thiên văn vào năm 1781 và Sao Hải Vương được dự đoán từ các nhiễu loạn quỹ đạo và được tìm thấy vào năm 1846. Hầu hết kiến thức chi tiết về cả hai hành tinh đều đến từ các chuyến bay ngang qua duy nhất của tàu Voyager 2 vào năm 1986 và 1989, đã tiết lộ từ trường lệch tâm, các vành đai mờ nhạt và các mặt trăng lớn của chúng, đồng thời thúc đẩy các đề xuất cho các sứ mệnh chuyên dụng trong tương lai.

Debates

Các hành tinh khổng lồ băng có bao nhiêu băng?

Tỷ lệ chính xác của băng, đá và khí bên trong Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương, và liệu nội thất của chúng có phân lớp hay hỗn hợp, vẫn chưa được xác định rõ ràng bởi dữ liệu hạn chế từ Voyager.

Key figures

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

Seminal works

• guillot2005
• hofstadter2019

Frequently asked questions

Tại sao Sao Thiên Vương lại nghiêng sang một bên?

Trục quay của Sao Thiên Vương nghiêng gần 98 độ, vì vậy nó về cơ bản lăn dọc theo quỹ đạo của mình; lời giải thích hàng đầu là một hoặc nhiều vụ va chạm khổng lồ vào đầu lịch sử của nó.

Có tàu vũ trụ nào đã ghé thăm Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương chưa?

Chỉ có một, Voyager 2, đã bay qua Sao Thiên Vương vào năm 1986 và Sao Hải Vương vào năm 1989; chưa có tàu quỹ đạo nào được gửi đến một trong hai hành tinh này.