Jäähiiglased — Uraan ja Neptuun: koostis, omadused ja teke

Avasta Uraani ja Neptuuni saladused: jäähiiglaste koostis, struktuur, teke ja unikaalsed omadused Päikesesüsteemis.

Jäähiiglane on suur planeet, mis koosneb peamiselt vesinikust ja heeliumist raskematest elementidest, nagu hapnik, süsinik, lämmastik ja väävel. Päikesesüsteemis on teadaolevalt kaks jäähiiglast, Uraan ja Neptuun.

Astrofüüsikas ja planeediateaduses tähistab mõiste "jää" lenduvaid keemilisi ühendeid, mille külmumispunkt on üle 100 K (-280 °F; -173 °C), näiteks vesi, ammoniaak või metaan, mille külmumispunktid on vastavalt 273, 195 ja 91 K (31,7, -108,7 ja -295,9 °F; -0,1, -78,1 ja -182,2 °C).

1990ndatel mõisteti, et Uraan ja Neptuun on teistest hiidplaneetidest, Jupiterist ja Saturnist, eraldiseisev hiidplaneetide klass. Neid hakati nimetama jäähiiglasteks. Nende koostisosad olid tahked ühendid, kui planeedid nende tekkimise ajal kokku kleepusid. Tänapäeval on Uraani ja Neptuuni veest vähe jää kujul. Selle asemel on vesi nende sees temperatuuridel ja rõhkudel ülekriitiline vedelik.

Jäähiiglased koosnevad ainult umbes 20% vesinikust ja heeliumist, erinevalt Päikesesüsteemi gaasihiiglastest Jupiterist ja Saturnist, mille mass on üle 90% vesinikust ja heeliumist.

Koostis ja seesmine struktuur

Seesmine koosseis on jäähiiglaste puhul mitmekihiline: tavaliselt eristatakse väikest kivist või rauasisaldusel põhinevat tuuma, selle ümber olevat suurt "jääde" ehk volatiilidest koosnevat mantlit ning välimist atmosfäärikihti. See "jää" ei ole tingimata tahke jää nagu Maa külmumas, vaid koosneb vee-, ammoniaagi- ja metaanimolekulide segust, mis kõrge rõhu ja temperatuuri all võivad olla ülekriitilised, ioonilised või superioonilised faasid.

Massi- ja tiheduse-erinevused: Uraan ja Neptuun sisaldavad oluliselt suurema osa massist raskemat ainet kui Jupiter ja Saturn. Umbes 10–20% massist moodustavad vesinik ja heelium; ülejäänu on "jäised" volatiilid ja kivine materjal. Uraani keskmine tihedus on ligikaudu 1,27 g/cm³ ja Neptuuni oma ~1,64 g/cm³, mis peegeldab nende erinevat koostist ja seesmist survet.

Atmosfäär ja välimus

Koostis: atmosfäär koosneb peamiselt vesinikust ja heeliumist, väiksemas kontsentratsioonis metaanist. Just metaan neelab punast valgust ja põhjustab planeetide sinaka värvuse — Neptuun on Uraanist tavaliselt sügavamalt sinine tänu erinevustele atmosfääri koostises ja pilvestruktuuris.

Võimsad tuuled ja ilmastik: Neptuunil on Päikesesüsteemi kiireimad registreeritud tuuled (kuni üle 2000 km/h), samal ajal kui Uraani atmosfäär tundub pindmiselt rahulikum, kuigi äärmuslikud teljejõud ja sügavad sisemised protsessid mõjutavad mõlema planeedi tuulte mustreid.

Magnetväljad ja siseprotsessid

Uraani ja Neptuuni magnetväljad on eripärased: need on tugevalt nihestunud planeedi keskpunktist ja sageli tugevalt dipoolist erineva kujuga (mõnes kohas domineerivad multipoolse komponendid). See viitab keerukale siseelektrivoolude struktuurile, mis võib tekkida ioonilise vee või metaani segufeasis.

Sisemine soojus: üks oluline erinevus kahe jäähiiglase vahel on sisemise soojuse emissioon: Neptuun kiirgab märkimisväärselt rohkem sisemist soojust kui tema kauguse ja Päikese valgustatavuse järgi eeldataks, samas kui Uraani nähtav sisemine soojus on suhteliselt nõrk. See erinevus mõjutab atmosfääri dünaamikat ja pikaajalist evolutsiooni.

Teke ja areng

Jäähiiglased tekkisid tõenäoliselt kaugemal protoplaneetaarse kettast, kus temperatuur oli piisavalt madal, et vee, ammoniaagi ja metaani "jääd" (volatiile) moodustuksid ja koguneksid suurematesse kehadesse. Erinevalt Jupiterist ja Saturnist ei suutnud nad koguda nii suurt vesiniku-heeliumi atmosfääri, võib-olla kettast ressursi nappuse või kiireneva ketta hajumise tõttu. Hüpoteesid sisaldavad ka võimalust, et planeetide liikumine ja omavahelised gravitatsioonilised mõjud ümberpaigutusid nende orbiite varajases Päikesesüsteemi ajaloos.

Kuu- ja rõngasüsteemid

Uraanil ja Neptuunil on igaühel oma kompleksne kuu- ja rõngasüsteem. Uraani suuremad kuud (nt Miranda, Ariel, Umbriel, Titania, Oberon) näitavad mitmesugust geoloogilist ajalugu, sealhulgas karedaid ja murdunud pindu. Neptuunil on säravaim ja huvitavaim kuu Triton — retrogradse orbiidiga ja tõenäoliselt pärit väljastpoolt süsteemi; Triton näitab geoloogilist aktiivsust, sealhulgas geisreid.

Rõngad on mõlemal planeedil peenikesed ja tumedad võrreldes Saturniga, kuid annavad olulist teavet satelliitide lagunemise, tolmu ja mikrometeoriidide mõjude kohta.

Avastused ja kosmosesondid

Üks peamisi allikaid meie otsest informatsiooni Uraani ja Neptuuni kohta on olnud Voyager 2, mis lendaski Uraani lähedale 1986. aastal ja Neptuuni lähedale 1989. aastal. Need möödalennud andsid väärtuslikke andmeid atmosfääri koostise, magnetväljade, kuude ja rõngaste kohta. Siiski ei ole ühtegi orbiidile suunatud missiooni nende planeetide juurde — tulevasi uurimisplaane kaalutakse aktiivselt (näiteks orbitaalsondid ja atmosfääri laskuvad probe’id), kuna jäähiiglased pakuvad võtmetähti planeetide moodustumise ja eksoplaneetide mõistmiseks.

Miks neid nimetatakse "jäähiiglateks"?

Termin rõhutab, et nende massi oluline osa koosneb volatiilidest (vesi, ammoniaak, metaan jne), mida astrofüüsikas nimetatakse "jäädeks", mitte et planeetide koorest oleks paks kiht tahket jääd. Kuna nii Uraani kui ka Neptuuni sisemus kogeb äärmuslikku rõhku ja temperatuuri, esinevad seal erilised faasid — ülekriitiline vesi, ioonne vesi ja muud eksootilised olekud, mis tähendavad, et "jää" käitub väga erinevalt kui Maa pinnal tuntav jää.

Kokkuvõte

• Uraan ja Neptuun on Päikesesüsteemi kaks jäähiiglast — massi ja koostise poolest erinevad gaasihiiglastest Jupiterist ja Saturnist.
• Nende sisedetailid sisaldavad kivist tuuma, suurt mantlit "jäistest" volatiilidest ning pealist atmosfääri vesinikust, heeliumist ja metaanist.
• Neptuun eristub tugevama sisemise soojuse ja aktiivsema atmosfääriga; Uraani iseloomustab äärmuslik telje kallet ja suhteliselt nõrk sisemine soojus.
• Põhjapanevad avastused tulid Voyager 2-lt, kuid jäähiiglaste sügavama mõistmise jaoks on soovitud uusi orbiidi- ja lähikaitmissioone.

Jäähiiglased on oluline võti nii Päikesesüsteemi moodustumise ajaloo kui ka eksoplaneetide tüüpide mõistmiseks — paljud tänapäeval leitud Neptuun-suurused eksoplaneedid annavad tunnistust, et sellised kehad on universumis suhteliselt levinud.

Küsimused ja vastused

K: Mis on jäähiiglased?

K: Mitu jäähiiglast on Päikesesüsteemis?

K: Mis on mõiste "jää" määratlus astrofüüsikas ja planeediteaduses?

K: Kuidas on jäähiiglaste koostis võrreldav gaasihiiglaste omaga?

K: Millal avastati, et Uraan ja Neptuun on teistest hiidplaneetidest eraldi klass?

K: Millises vormis on tänapäeval enamus vett Uraanil ja Neptuunil?

Otsing