冰巨行星
冰巨行星（英语：ice giant，又称类海行星），是一种主要由比氢和氦更重的气体组成的巨行星，例如氧、碳、氮和硫等。在太阳系中，天王星和海王星均是典型的冰巨行星[1]。在它们的质量大约只有20%是氢和氦，而气态巨行星（木星和土星）的质量中通常主要是含有90%以上的氢和氦。在1990年代，人们意识到天王星和海王星是另一类独特的巨行星，独立于其他的巨行星。
结构
于1990年代，天文学家发现天王星和海王星其实与气态巨行星不同，因为它们只有20%的成分是氢气，而木星和土星等气态巨行星却有高达90%的成分都是氢气。[1]这些冰巨行星的主要成分为“冰”，即比氢和氦更重的元素。[1]这些材料在冰巨行星的形成过程中是以固体的状态存在，但现在只存在于某特定情况，如超临界流体。[1]尽管冰巨行星的表层仍然是以氢气为主，但在这范围之下的内部区域则大致呈现“冰冻”状态。[1]这些“冰”主要由水、氨与甲烷组成，因此水的状态方程对冰巨行星的形成占有非常重要的地位。[2]与气态巨行星不同的是，这些冰巨行星的核心缺乏金属氢。[1][3]
气候
冰巨行星有着变化极大的大气模式，其中包括极地涡旋、强烈的纬向风，和大尺度环流。[1]现在还没有任何模型能够准确解释这些气候系统。[1]因为它们的巨大规模和低热导率，行星内部的压力可达数百GPa，而温度则可达数千K。[4][2]于2012年3月，天文学家们发现，冰巨行星中的水的可压缩性可能少于正常的三分之一。[5]这个数据有助于为冰巨行星建模，并能有助天文学家们对它们的理解。[5]除了天王星和海王星外，太阳系外也有冰巨行星的存在。[5]
形成
冰巨行星的大小比气态巨行星小，但仍然比类地行星大。[6]冰巨行星大小受到约束，源于一个重要因素：气态巨行星的形成必须比类地行星快，因为它们要防止原行星盘中的气体消散。[6]根据观测年轻星团中的原行星盘，冰巨行星必须在3-10万年之内形成，之后原行星盘就会开始消散。[6][7]
磁场
天王星和海王星的磁场均异常地移位和倾斜。[8]这些冰巨行星的磁场强度介乎于气态巨行星和类地行星之间，即地球磁场强度的数十倍。天王星和海王星的磁场强度分别是地球的50倍和25倍。[8]这些冰巨行星的磁场是来自其电离对流熔融冰幔。[8]
比较
冰巨行星的大小明显比气态巨行星小得多：木星和土星的赤道半径分别是71492公里和60268公里，但天王星和海王星仅有25559公里和24764公里。尽管如此，冰巨行星仍然比类地行星大得多（地球的赤道半径仅为6378公里）。[9]而它们的质量、自转周期、卫星数量等亦介乎于气态巨行星与类地行星之间。[10]
比较表
亮灰色为冰巨行星
淡棕色为类木行星
水蓝色为类地行星
| 天体 | 赤道半径 （km） |
赤道重力 地球=1 |
体积 地球=1 |
质量 地球=1 |
平均密度 （g/cm） |
轨道半径 （AU） |
赤道倾角 （度） |
公转周期 （地球年） |
自转周期 （地球日） |
已发现卫星数 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 天王星 | 25559 | 0.89 | 63 | 14.54 | 1.27 | 19.2184 | 97.9 | 84.01年 | 17小时14分钟 | 27 |
| 海王星 | 24764 | 1.11 | 58 | 17.15 | 1.64 | 30.1104 | 27.8 | 164.82年 | 16小时06分钟 | 14 |
| 木星 | 71492 | 2.48 | 1321 | 317.832 | 1.33 | 5.2026 | 3.08 | 11.86年 | 9小时50分钟 | 95 |
| 土星 | 60268 | 0.94 | 755 | 95.16 | 0.69 | 9.5549 | 26.7 | 29.46年 | 10小时39分钟 | 83 |
| 地球 | 6378 | 1.00 | 1.00 | 1.000 | 5.52 | 1.0000 | 23.44 | 1年 | 23小时56分钟 | 1 |
参考文献
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 M. Hofstadter w/ co-authors - The Atmosphere of the Ice Giants, Uranus and Neptune (PDF). [2013-12-01]. （原始内容存档 (PDF)于2016-05-14）.
- ^ 2.0 2.1 Seeing Deep Inside Icy Giant Planets[永久失效链接]
- ^ Seeing Deep Inside Icy Giant Planets[永久失效链接]
- ^ Sandia experiments may force revision of astrophysical models of the universe - Sandia Labs. [2013-12-01]. （原始内容存档于2013-11-06）.
- ^ 5.0 5.1 5.2 The Interiors of Ice Giant Planets (2012). [2013-12-01]. （原始内容存档于2013-12-13）.
- ^ 6.0 6.1 6.2 Planetary formation and migration. [2013-12-01]. （原始内容存档于2013-11-15）.
- ^ Planetary formation and migration. [2013-12-01]. （原始内容存档于2013-11-15）.
- ^ 8.0 8.1 8.2 NATURE AND ORIGIN OF PLANETARY MAGNETIC FIELDS[永久失效链接]
- ^ Jack J. Lissauer, David J. Stevenson. Formation of Giant Planets (PDF). NASA Ames Research Center; California Institute of Technology. 2006 [2006-01-16]. （原始内容 (PDF)存档于2009-03-26）.
- ^ Podolak, M.; Reynolds, R. T.; Young, R. Post Voyager comparisons of the interiors of Uranus and Neptune. Geophysical Research Letters. 1990, 17 (10): 1737. Bibcode:1990GeoRL..17.1737P. doi:10.1029/GL017i010p01737.
