冰巨星

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冰巨星英语ice giant),是一種主要由比氫和氦重的氣體組成的巨行星。天王星海王星均是典型的冰巨星。[1]

結構[编辑]

木星土星天王星海王星的內部結構。木星和土星均有著氫氣外層和金属氢內層,而天王星和海王星則有著氫氣與氦氣外層和「冰」內層。
天王星(左上)、海王星(右上)和太陽系類地行星(下)的大小比較

於1990年代,天文學家發現天王星和海王星其實與氣體巨行星不同,全因它們只有20%的成份是氫氣,而木星土星等氣體巨行星卻有高達90%的成份都是氫氣。[1]這些冰巨星的主要成份為「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星的形成佔有非常重要的地位。[2]與氣體巨行星不同的是,這些冰巨星的核心缺乏金属氢[1][3]

氣候[编辑]

冰巨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,太陽系外也有冰巨星的存在。[5]

形成[编辑]

冰巨星的大小比氣體巨行星小,但仍然比類地行星大。[6]冰巨星大小受到約束,源於一個重要因素:氣體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,冰巨星必須在3-10萬年之內形成,原行星盤就會開始消散。[6][7]

磁場[编辑]

天王星和海王星的磁場均異常地移位和傾斜。[8]這些冰巨星的磁場強度介乎於氣體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]這些冰巨星的磁場是來自其電離對流熔融冰幔。[8]

比較[编辑]

類木行星(上)、冰巨星(中)和類地行星(下)的大小比較

冰巨星的大小明顯比氣體巨行星小得多: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體巨行星與類地行星之間。[10]

比較表[编辑]

 亮灰色為冰巨星
 淡棕色為類木行星
 水藍色為類地行星

比較表
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 13
木星 71492 2.48 1321 317.832 1.33 5.2026 3.08 11.86年 9小时50分钟 66
土星 60268 0.94 755 95.16 0.69 9.5549 26.7 29.46年 10小时39分钟 61
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[编辑]

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