冰巨星大气研究进展

分类： 天文学 >> 天体物理学 提交时间： 2017-05-12

王聪

摘要： 摘要：与类木行星等气态巨行星相比，冰巨星是由大量比氢氦重的气体成分（水、氨、摘要：与类木行星等气态巨行星相比，冰巨星是由大量比氢氦重的气体成分（水、氨、甲烷等）组成的气体行星，天天星和海王星便是典型的冰巨星。天王星和海王星的大气中保存着太阳系形成初期的气体，对研究太阳系和行星的形成演化有很大帮助；对其大气的动力学研究可以了解到大气内部的结构、热源驱动机制和对流机制；随着证认的系外行星数量逐渐增加，发现类海王星型系外行星是普遍存在的。梳理了天王星和海王星的大气结构和大气成分以及太阳系外类海王星的研究进展，并对未来冰巨星的探测和研究做了展望。 关 键 词：行星；冰巨星；大气；成分；系外行星 1 引 言 冰巨星是指内部结构中有大量“冰”存在的巨行星，这种“冰”是由原始行星盘中低折射率的物质（比如H2O, CH4, NH3等）冷凝而成[1]，其外围仍存在有大量的氢和氦。天王星和海王星是典型的冰巨星。天王星和海王星的成分和内部结构反映出了不同于气态巨行星（木星和土星）的形成环境和演化过程[2]，同时二者在表面温度，有效温度，磁场结构、大气纬向环流等物理特征方面都十分的类似 [3]。天王星和海王星的质量分别为14.5M?和17.1M?（M?为地球质量），由于冰巨星的引力势能较大，对于太阳系的形成起到了重要的作用，它们保留了大量太阳系形成初期的气体[1]，包含着原恒星云的状态条件和行星形成的位置信息[2]，因此研究冰巨星的大气成分和大气结构不仅有助于研究其内部热源的驱动机制和对流机制，也有助于研究太阳系和行星的形成及演化历史。 在太阳系内的冰巨星（天王星、海王星）由于距离比较远，目前只有 1977 年美国发射的“旅行者 2 号”飞行器对其进行过飞掠探测[4-6]，此后便没有飞行器对其进行过近距离考察。根据“旅行者 2 号”飞行器的射电掩星观测[7, 8]，木星和土星的大气温度分别为165 ± 5K和134 ± 4K（1bar处），而天王星和海王星的大气温度分别为76 ± 2K和72 ± 2K（1bar处），可见冰巨星的大气温度是远远低于气态巨行星的。 气态巨行星有大体积的气态

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