冰巨行星
冰巨行星（英語：ice giant，又稱類海行星），是一種主要由比氫和氦更重的氣體組成的巨行星，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]。在它們的質量大約只有20%是氫和氦，而氣態巨行星（木星和土星）的質量中通常主要是含有90%以上的氫和氦。在1990年代，人們意識到天王星和海王星是另一類獨特的巨行星，獨立於其他的巨行星。
結構
於1990年代，天文學家發現天王星和海王星其實與氣態巨行星不同，因為它們只有20%的成份是氫氣，而木星和土星等氣態巨行星卻有高達90%的成份都是氫氣。[1]這些冰巨行星的主要成份為「冰」，即比氫和氦更重的元素。[1]這些材料在冰巨行星的形成過程中是以固體的狀態存在，但現在只存在於某特定情況，如超臨界流體。[1]儘管冰巨行星的表層仍然是以氫氣為主，但在這範圍之下的內部區域則大致呈現「冰凍」狀態。[1]這些「冰」主要由水、氨與甲烷組成，因此水的状态方程對冰巨行星的形成佔有非常重要的地位。[2]與氣態巨行星不同的是，這些冰巨行星的核心缺乏金属氢。[1][3]
氣候
冰巨行星有著變化極大的大氣模式，其中包括极地涡旋、強烈的緯向風，和大尺度環流。[1]現在還沒有任何模型能夠準確解釋這些氣候系統。[1]因為它們的巨大規模和低熱導率，行星內部的壓力可達數百GPa，而溫度則可達數千K。[4][2]於2012年3月，天文學家們發現，冰巨行星中的水的可壓縮性可能少於正常的三分之一。[5]這個數據有助於為冰巨行星建模，並能有助天文學家們對它們的理解。[5]除了天王星和海王星外，太陽系外也有冰巨行星的存在。[5]
形成
冰巨行星的大小比氣態巨行星小，但仍然比類地行星大。[6]冰巨行星大小受到約束，源於一個重要因素：氣態巨行星的形成必須比類地行星快，因為它們要防止原行星盤中的氣體消散。[6]根據觀測年輕星團中的原行星盤，冰巨行星必須在3-10萬年之內形成，之後原行星盤就會開始消散。[6][7]
磁場
天王星和海王星的磁場均異常地移位和傾斜。[8]這些冰巨行星的磁場強度介乎於氣態巨行星和類地行星之間，即地球磁場強度的數十倍。天王星和海王星的磁場強度分別是地球的50倍和25倍。[8]這些冰巨行星的磁場是來自其電離對流熔融冰幔。[8]
比較
冰巨行星的大小明顯比氣態巨行星小得多：木星和土星的赤道半徑分別是71492公里和60268公里，但天王星和海王星僅有25559公里和24764公里。儘管如此，冰巨行星仍然比類地行星大得多（地球的赤道半徑僅為6378公里）。[9]而它們的質量、自轉周期、卫星数量等亦介乎於氣態巨行星與類地行星之間。[10]
比較表
亮灰色為冰巨行星
淡棕色為類木行星
水藍色為類地行星
| 天体 | 赤道半径 （km） |
赤道重力 地球=1 |
體積 地球=1 |
质量 地球=1 |
平均密度 （g/cm） |
轨道半径 （AU） |
赤道傾角 （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 |
參考文獻
- ^ 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[永久失效連結]
- ^ Seeing Deep Inside Icy Giant Planets[永久失效連結]
- ^ 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[永久失效連結]
- ^ 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.
