Ledeni velikani (Uran in Neptun) — definicija, sestava in lastnosti

Ledeni velikan je ogromen planet, ki ga sestavljajo predvsem elementi, težji od vodika in helija, kot so kisik, ogljik, dušik in žveplo. V Osončju sta znana dva ledena velikana, Uran in Neptun.

V astrofiziki in planetarni znanosti se izraz "led" nanaša na hlapne kemične spojine s temperaturo zmrzovanja nad približno 100 K (-280 °F; -173 °C), kot so voda, amoniak ali metan, s temperaturami zmrzovanja 273, 195 in 91 K (31,7, -108,7 in -295,9 °F; -0,1, -78,1 in -182,2 °C).

V devetdesetih letih prejšnjega stoletja so ugotovili, da sta Uran in Neptun poseben razred orjaških planetov, ločena od drugih orjaških planetov, Jupitra in Saturna. Postala sta znana kot ledena velikana. Njune sestavne spojine so bile trdne, ko sta bila planeta med nastajanjem zlepljena skupaj. Danes je le malo vode na Uranu in Neptunu v obliki ledu. Namesto tega je voda pri temperaturah in tlakih v njunih notranjostih superkritična tekočina.

Ledene velikane sestavlja le približno 20 % mase vodika in helija, za razliko od plinskih velikanov Osončja, Jupitra in Saturna, ki imata več kot 90 % mase vodika in helija.

Osnovne značilnosti

Uran in Neptun sta večja in masivnejša od Zemlje, vendar manjša od Jupitra in Saturna. Njuna celotna masa izhaja predvsem iz težjih elementov in spojin (voda, amoniak, metan) z manjšo ovojnico vodika in helija. Zaradi tega se uvrščata v svojo posebno kategorijo — ledene velikane — ki se sestavljajo iz mešanice kamnin, ledu in plinov.

Sestava in notranja struktura

• Zunanja atmosfera: pretežno vodik (H2), helij (He) in slednji metan (CH4), pri čemer metan absorbira rdečo svetlobo in planetom daje modrikast odtenek.
• Srednji sloj (»mantle«): velika plast sestavljena iz vode, amoniaka in metana v tekočem, superkritičnem ali celo superionskem stanju zaradi visokih temperatur in pritiskov. Ta sloj vsebuje večino mase planeta, čeprav ni trden »led« v običajnem smislu.
• Jedro: verjetno sestavljeno iz gostejših kamnin in kovin (silikati, železo), manjše velikosti kot pri plinskih velikanih, a pomemben vir gravitacijske mase.

Atmosfera in vreme

Oba planeta imata atmosferske pasove in oblake, vendar sta vremenska sistemata drugačna. Uran je svetlo modro-zelen in ima relativno mirno zunanjo atmosfero v primerjavi z Neptunom; njegova os je močno nagnjena (~98°), zaradi česar ima ekstremne letne čase. Neptun je globlje modre barve in kaže izjemno močne vetrove ter velike nevihtne sisteme (npr. v preteklosti Velika temna pega). Neptun oddaja več notranje toplote kot Uran, kar vpliva na njegove meteorološke procese.

Magnetna polja

Both planets have magnetic fields that are markedly different from Earth's. Njuni magnetni dipoli so močno nagnjeni glede na rotacijsko os in močno pomaknjeni iz središča planeta. To vodi do zapletenih magnetosfer in nepredvidljivih magnetnih pasov okoli planetov.

Obroči in luni

Oba imata sistem obročev, čeprav so ti manj masivni in manj opazni kot obroči Saturna. Uran ima večje število notranjih majhnih obročev, Neptun pa tanjše in precej diskretne obročne strukture.

Obe planetni družini imata številne naravne lune. Med njimi izstopa Triton (Neptunov največji satelit), ki je verjetno ujet objekt iz Kuiperjevega pasu in ima retrogradno orbito ter geološko aktivnost (gejzirji ledu). Uran ima več večjih lun (npr. Titania, Oberon, Ariel, Umbriel, Miranda) z različno procesirano površino in izpostavljenimi geološkimi procesi.

Nastanek in primerjava s plinskimi velikanji

Ledeni velikani so verjetno nastali za ledeno mejo (frost line) v zgodnjem Osončju, kjer so bili hlapni materiali v trdni obliki in so jih protoplanetni disk omogočil hitro akrecijo. Ker so nastali dlje od Sonca, so nabrali več ices in manj vodika/helija kot Jupitra in Saturn. To pojasnjuje, zakaj imajo manjšo skupno frakcijo H/He (približno 10–25 % mase) v primerjavi s plinskimi velikani, ki imajo več kot 90 % mase iz vodika in helija.

Raziskovanje

Edini neposredni obisk obeh ledenih velikanov je izvedel Voyager 2, ki je obiskal Uran leta 1986 in Neptun leta 1989. Sonda je poslala dragocene podatke o atmosferah, magnetosferah, obročih in lunah. Zaradi svoje oddaljenosti in kompleksnosti notranjih procesov sta Uran in Neptun še vedno visoko na seznamu prioritet za prihodnje raziskovalne misije; znanstveniki si želijo orbiterjev in/ali atmosferskih sond, ki bi omogočile natančno merjenje sestave, notranje strukture in dinamičnih procesov.

Zanimivosti

• Axialni nagib Urana: Uranova skoraj ležeča rotacijska os povzroči ekstremne letne razlike, dolge poletne dni in noči, ki trajajo več desetletij.
• Močni vetrovi Neptuna: Neptun ima nekatera najvišja izmerjena vetrovna hitrost v Osončju.
• Stanja vode: v notranjosti teh planetov voda ni v klasični trdni obliki, ampak v superkritičnem ali superionskem stanju, kar bistveno vpliva na prevodnost, tokove in magnetna polja.

Ledeni velikani so zato edinstveni laboratoriji za razumevanje tvorbe planetov, fizike snovi pri ekstremnih pogojih in dinamike atmosfer v oddaljenih delih Osončja. Nadaljnje raziskave bodo pomagale razjasniti njihove notranje sestave, izvor lun in njihov vpliv na zgodovino Osončja.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj so ledeni velikani?

V: Koliko ledenih velikanov je v Osončju?

V: Kakšna je opredelitev pojma "led" v astrofiziki in planetarni znanosti?

V: Kakšna je sestava ledenih velikanov v primerjavi s sestavo plinskih velikanov?

V: Kdaj so odkrili, da sta Uran in Neptun ločena od drugih orjaških planetov?

V: V kakšni obliki je danes večina vode na Uranu in Neptunu?

Išči po črki