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冰巨星
來源:互聯網

冰態氣態巨行星(ice giant,又稱類海行星,簡稱冰巨星或冰巨行星),是一種主要由例如氧、碳、氮、硫等一些比氫和氦更重的氣體組成的巨行星。在太陽系中,天王星海王星均是典型的冰巨星。它們的質量包括約20%的氫和氦,而氣態巨行星(木星土星)的質量中都含有90%以上的氫和氦。但有研究證據顯示第三個冰巨星第九行星有可能存在于太陽系中。在20世紀90年代,人們認識到,天王星和海王星是一類獨特的巨行星,其特征均獨立于其他的巨行星。

構成

20世紀90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,因它們只有20%的成分是氫氣,而木星和土星等氣態巨行星卻有高達90%的成分都是氫氣。這些冰巨星的主要成分為“冰”,即比氫和氦更重的元素。這些材料在冰巨星的形成過程中是以固體的狀態存在,但現在只存在于某特定情況,如超臨界流體。盡管冰巨星的表層仍然是以氫氣為主,但在這范圍之下的內部區域則大致呈現“冰凍”狀態。這些“冰”主要由水、氨與甲烷組成,因此水的狀態方程對冰巨星的形成占有非常重要的地位。與氣態巨行星不同的是,這些冰巨星的核心缺乏

形成

冰巨星的大小比氣態巨行星小,但仍然比類地行星大。冰巨星的大小受到約束源于一個重要因素: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。根據觀測年輕星團中的原行星盤,冰巨星必須在3-10萬年之內形成,之后原行星盤就會開始消散。

氣候

冰巨星有著變化極大的大氣,其中包括極地渦旋、強烈的緯向風,和大尺度環流。現在還沒有任何模型能夠準確解釋這些氣候系統的形成原因。因為它們的巨大規模和低熱導率,使得行星內部的壓力可達數百GPa,而溫度則可達數千度。2012年3月,天文學家們發現,冰巨星中水的可壓縮性可能少于正常的三分之一。這個數據有助于為冰巨星建模,并能有助于天文學家們對它們有更好的理解。除了天王星海王星外,太陽系外的其它系統也有冰巨星的存在。

磁場

天王星和海王星的磁場均異常地移位和傾斜。這些冰巨星的磁場強度介乎于氣態巨行星類地行星之間,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。這些冰巨星的磁場是來自其電離對流熔融冰幔。

對比

冰巨星的體積明顯比氣態巨行星小得多:木星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。盡管如此,冰巨星仍然比類地行星大得多。而它們的質量、自轉周期、衛星數量等亦介于氣態巨行星與類地行星之間。

參考資料 >

冰巨星大氣研究進展.202.127.29.4.2019-03-13

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