天王星は、その内部組成と内部熱の欠如のために、固体表面を持つことができますか?

Jan 26 2021

天王星は太陽から7番目の惑星です。天王星型惑星に分類され、木星や土星などのガスジャイアントとは異なり、主に水素やヘリウムより重い元素で構成されています。

天王星は、水素、ヘリウム、メタンの分子でできた大気の下に、超臨界流体(水、アンモニア、メタン)としての「氷」でできたマントルを持っていると考えられています。

天王星の顕著な特徴の1つは、その軸方向の傾きに加えて、太陽から受けるよりも多くの熱を放出しないという点で、内部熱が大幅に不足していることです。対流圏界面で記録された温度は49Kであり、天王星は太陽系で最も寒い惑星になっています。

これは、(天王星の大気の中にプローブを送ったことがないので)大気が氷のマントルに取って代わられるポイントの温度が、たとえば200〜230Kまでしか上昇しない場合はどうなるのだろうかと思いました。(または、実際にこの可能性を排除する証拠がありますか?)

これらの温度では、水は圧力に関係なく固体状態のままです。そこで私は、天王星が超臨界流体でできたマントルに浮かぶ、水氷でできた固い地殻を持つことができるかどうかを考え始めました(水の場合、氷は超臨界水よりも密度が低くなります」 mは間違っていませんか?)この地殻には、地球上の水のように独自のサイクルを持つ液体アンモニアが含まれている可能性があります。

私はアーティストの印象を作成しようとしていますが、私が考えていたこの環境は、惑星科学についての知識があれば実際に可能かどうか、または私の想像力は行き過ぎでしょうか?

回答

2 Willk Jan 26 2021 at 22:20

深い雪。

天王星の水素雰囲気は地表近くで高圧になっているため、非常に寒くても、かなりの量のガス状の水、アンモニア、アルカン、硫化水素を保持することができます。

大気が保持できる量は、季節や気温によって異なります。冬になると、冷却雰囲気は「溶解した」物質を保持する能力が低下し、これらは固体として沈殿します:雪。

冬の始まりは天王星の大雪を意味し、強風は壮観なシフトドリフトを生み出します。夏になると、ドリフトは後退し、昇華して温暖な大気に戻ります。

これらの粒子状の氷の漂流はそれ自体無色ですが、天王星の表面では白黒ではありません。ドリフトは電荷とともに輝きます。雪に対する風の作用により、乾燥した大気中に莫大な電荷が発生しますが、さまざまな純粋な氷の導電率が低いため、これらの電荷の地面への経路を見つけることはほぼ不可能です。代わりに、電荷は大気と再平衡化します。雪層の尖った頂上はセントエルモの火を生み出し、水素雰囲気ではラベンダー、ピンク、マゼンタの色合いを生み出します。

1 M.A.Golding Jan 27 2021 at 11:32

おそらく、天王星の大気中に小さな固体の浮島を少しだけ持つことは良い考えかもしれません。それは、宇宙探査機が惑星全体の固体表面ではなく、1つを着陸させようとすることです。

EE SmithのTriplanetaryAmazing Stories、1934年1月から4月、およびFirst Lensman(1950)では、JOvianとの4つの戦争が言及されています。北極木星の達人に言及したことで、レンズマンシリーズの北極上空に木星の大気中に巨大な浮島があるのではないかと思いました。

http://www.isfdb.org/cgi-bin/title.cgi?1918374[1]

http://www.isfdb.org/cgi-bin/title.cgi?1198[2]

木星の大赤斑は、かつて大気中に浮かぶ巨大な固体の島であると理論づけられていたと思います。そしておそらく、天王星が、固体の地殻で完全に覆われているよりも、嵐であることが研究されて示されているもののどれよりも小さい大気の特徴、つまりある種の固体の浮島を持っている方がもっともらしいかもしれません。天王星のダークスポットは、約1,300 km x 2,700kmのサイクロンであると考えられています。したがって、嵐であることが証明されていない天王星の特徴は、おそらく天王星のダークスポットよりもはるかに小さいですが、興味深いものを載せるのに十分な大きさである可能性があります。

パート2:巨大惑星上の固体表面を持ついくつかの科学フィシトンストーリー。

木星、土星、天王星、海王星の巨大惑星が固体の表面を持っていた初期のサイエンスフィクションの話がいくつかあります。

たとえば、スタンリーG.ワインバウムによる「疑惑の惑星」、驚異的な物語、1935年10月。これは天王星を舞台にしています。

http://www.isfdb.org/cgi-bin/title.cgi?47540[3]

別の物語は、ロバート・ハインラインによる「私たちも犬を歩く」、驚異的なサイエンスフィクション、1941年7月で、明らかに固体表面に住んでいる知的な木星が言及されています。

http://www.isfdb.org/cgi-bin/title.cgi?46427[4]

アイザック・アシモフの「決定的ではない!」、驚異的なサイエンスフィクション、1941年10月、および「勝利の意図的でない」、スーパーサイエンスストーリー、1942年8月、

http://www.isfdb.org/cgi-bin/title.cgi?46442[5]

http://www.isfdb.org/cgi-bin/title.cgi?44199[6]

固体表面に住む木星が描かれました。

ジェイムズ・ブリッシュの「ブリッジ」驚異的なサイエンスフィクション、1952年2月、木星の固い表面にどこにも橋が架けられませんでした。不思議なことに、ブリッシュは1952年に「ガスジャイアント」というフレーズを作り出したので、木星に固体表面がないことを知っていたはずです。

http://www.isfdb.org/cgi-bin/title.cgi?55942[7]

ポールアンダーソンの「CallMeJoe」、驚異的なサイエンスフィクション、1957年4月には、木星の固体表面が描かれています。

http://www.isfdb.org/cgi-bin/title.cgi?55693[8]

そして、それらが巨大な惑星の固体表面を描いた最後の良いサイエンスフィクションの物語の1つであったと私は考えずにはいられません。確かに、ますます人気のある天文学の本は、20世紀が進むにつれて、固体表面がないものとして巨大惑星を説明し始め、サイエンスフィクションファンが物語の中でそのような固体表面を受け入れることをますます難しくしています。

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