Ledo milžinės — Uranas ir Neptūnas: apibrėžimas, sudėtis ir savybės

Sužinokite apie ledo milžines Uraną ir Neptūną: apibrėžimą, cheminę sudėtį, vidines savybes, atmosferą ir unikalius fizinius ypatumus Saulės sistemoje.

Ledo milžinė - tai didžiulė planeta, sudaryta daugiausia iš sunkesnių už vandenilį ir helį elementų, tokių kaip deguonis, anglis, azotas ir siera. Saulės sistemoje žinomos dvi ledo milžinės - Uranas ir Neptūnas.

Astrofizikoje ir planetų moksle terminas "ledas" reiškia lakius cheminius junginius, kurių užšalimo temperatūra viršija maždaug 100 K (-280 °F; -173 °C), pavyzdžiui, vandenį, amoniaką arba metaną, kurių užšalimo temperatūra yra atitinkamai 273, 195 ir 91 K (31,7, -108,7 ir -295,9 °F; -0,1, -78,1 ir -182,2 °C).

Praėjusio amžiaus dešimtajame dešimtmetyje paaiškėjo, kad Uranas ir Neptūnas yra atskira planetų milžinių klasė, atskirta nuo kitų planetų milžinių - Jupiterio ir Saturno. Jos imtos vadinti ledo milžinėmis. Juos sudarantys junginiai buvo kieti, kai planetos formavimosi metu buvo sulipdytos. Šiandien Urane ir Neptūne mažai vandens yra ledo pavidalo. Vietoj to, esant tokioms temperatūroms ir slėgiui jų viduje, vanduo yra superkritinis skystis.

Ledo milžinus sudaro tik apie 20 % vandenilio ir helio masės, priešingai nei Saulės sistemos dujinius milžinus - Jupiterį ir Saturną, kurių daugiau nei 90 % masės sudaro vandenilis ir helis.

Sudėtis ir vidinė struktūra

Tipinė ledo milžinės struktūra susideda iš kelių sluoksnių: plonos išorinės atmosferos (daugiausia vandenilis ir helis su mažais kiekais metano ir kitų junginių), didelio sluoksnio, kuriame vyrauja superkritiniai ir jonizuoti „ledo“ mišiniai (vandens, amoniako, metano ir kt.), ir gilaus, tankesnio uolinio branduolio. Dėl didelio slėgio ir temperatūros dauguma „ledų“ viduje būna superkritinėje arba jonizuotoje fazėje, kuri kartais vadinama „joniniu vandenynu“ arba „iki šiol neįprastu skysčiu“.

Masė ir tankis. Urano ir Neptūno masės yra žymiai didesnės nei Žemės, bet mažesnės nei Jupiterio ir Saturno. Apytiksliai Uranas turi ~14–15 Žemės masių, o Neptūnas ~17 Žemės masių; jų vidinis tankis yra didesnis nei dujinių milžinų, nes juose yra daugiau sunkių elementų ir mišinių, o ne „čistų“ vandenilio–helio sluoksnių.

Atmosfera, spalva ir klimatas

Atmosferose yra daugiausia vandenilis ir helis, o metano absorbcija mėlynojo spektro pluošte lemia šių planetų mėlyną ar žydrą atspalvį. Skirtumas tarp Urano ir Neptūno spalvų — Neptūnas paprastai tamsesnis ir ryškesnis dėl skirtingų debesų struktūrų bei atmosferos procesų.

Vėjai ir audros. Neptūne stebimi labai stiprūs vėjai — vieni greičiausių Saulės sistemoje (vietomis iki kelių tūkstančių km/h), taip pat čia matomos didelės, ilgalaikės audros. Urane vėjai irgi gali būti stiprūs, tačiau šių planetų atmosferų dinamika ženkliai skiriasi ir yra susijusi su vidiniu šilumos srautu bei ašies posvyrio ypatumais.

Magnetinis laukas, žiedai ir palydovai

Abiejų ledo milžinių magnetiniai laukai yra nestandartiniai: jie yra stipriai poslinkę nuo planetos centro ir smarkiai pasislinkę nuo rotacijos ašies, dėl to magnetosfera yra asimetriška. Tai rodo, kad magnetinis dinamizmas gali vykti ne tuoose pačiuose sluoksniuose kaip Žemėje ar Jupiteriuje, greičiausiai – ionizuotame „ledo“ sluoksnyje.

Abi planetos turi plonas žiedų sistemas ir daug palydovų. Žiedai nėra tokie masyvūs kaip Saturno, tačiau jie aiškiai pastebimi ir svarbūs planetos dinamikoje bei palydovų evoliucijai.

Formavimasis ir kosminiai kontekstai

Ledo milžiniai susiformavo už Saulės sistemos „karštosios zonos“, kur gausu volatilių medžiagų (vandens, metano, amoniako). Dideli kiekiai šių medžiagų leido susikaupti stambesniems branduoliams, prie kurių vėliau prisijungė šiurkštus „ledo“ ir dujų mišinys. Dėl savo sudėties panašūs planetų tipai aptinkami ir kitose žvaigždžių sistemose — terminas „ledo milžinė“ naudojamas ir apibūdinti panašius egzoplanetus.

Skirtumai tarp Urano ir Neptūno

• Ašies posvyris: Uranas yra stipriai pasviręs (jo ašis beveik guli skersai orbitos), todėl jis patiria ekstremalias ir ilgai trunkančias sezonines kaitas.
• Vidinė šiluma: Neptūnas skleidžia žymiai daugiau vidinės šilumos nei Uranas, todėl jo atmosferoje daugiau energijos įmaišoma į dinaminius procesus.
• Audros ir vėjai: Neptūne pastebimos stipresnės audros ir greitesni vėjai nei Urane.

Ištyrimo istorija

Vienintelius tiesioginius žvalgybinius duomenis apie abi planetas pateikė kosminis zondas Voyager 2: Uraną aplankė 1986 m., o Neptūną — 1989 m. Šie praeities susidūrimai atvėrė daug faktų apie atmosferas, žiedus ir palydovus, tačiau daug kas apie vidų vis dar nežinoma, todėl ateityje planuojami nauji misijų pasiūlymai į ledo milžines.

Santrauka

Ledo milžinės — tai planetos, kurių sudėtyje daugiau sunkių, volatilių junginių nei gryna dujinių milžinų „vandenilio–helio“ masė. Uranas ir Neptūnas yra mūsų Saulės sistemos pavyzdžiai: jos turi savitą vidinę struktūrą, atmosferinę dinamiką, nestandartinius magnetinius laukus, žiedus ir palydovus. Dėl savo unikalios chemijos ir fizikos jos tebėra aktyvus tyrimų objektas tiek kosminėse misijose, tiek teoriniuose modeliuose.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra ledo milžinai?

K: Kiek Saulės sistemoje yra ledo milžinių?

K: Koks yra "ledo" apibrėžimas astrofizikoje ir planetų moksle?

K: Kaip ledo milžinų sudėtis skiriasi nuo dujinių milžinų sudėties?

K: Kada buvo atrasta, kad Uranas ir Neptūnas skiriasi nuo kitų planetų milžinių?

Klausimas: Kokios formos yra didžioji dalis vandens Urane ir Neptūne?

Paieška pagal raidę