Isjättar: Definition och fakta om Uranus och Neptunus

Isjättar: Lär dig definitionen, skillnader och fascinerande fakta om Uranus och Neptunus — sammansättning, inre struktur och vad som skiljer dem från gasjättar.

En isjätte är en enorm planet som till största delen består av ämnen som är tyngre än väte och helium, t.ex. syre, kol, kväve och svavel. Det finns två kända isjättar i solsystemet, Uranus och Neptunus.

Inom astrofysik och planetarisk vetenskap avser termen "is" flyktiga kemiska föreningar med fryspunkter över cirka 100 K (-280 °F; -173 °C), såsom vatten, ammoniak eller metan, med fryspunkter på 273, 195 och 91 K (31,7, -108,7 och -295,9 °F; -0,1, -78,1 och -182,2 °C), respektive.

På 1990-talet insåg man att Uranus och Neptunus är en egen klass av jätteplaneter, skilda från de andra jätteplaneterna Jupiter och Saturnus. De har blivit kända som isjättar. Deras beståndsdelar var fasta ämnen när planeterna klistrades ihop under sin bildning. I dag finns det lite av vattnet i Uranus och Neptunus i form av is. I stället är vattnet en superkritisk vätska vid de temperaturer och tryck som råder i dem.

Isjättar består endast av cirka 20 % väte och helium i massa, till skillnad från solsystemets gasjättar, Jupiter och Saturnus, som båda består av mer än 90 % väte och helium i massa.

Sammansättning och inre struktur

Isjättar har en tredelad struktur i förenklade modeller: en tunn yttre atmosfär, ett tjockt skikt av "is" (flyktiga föreningar) och ett centralt sten- och metallrikt kärna. Det så kallade ismantel-skiktet domineras av vatten, ammoniak och metan som vid högt tryck och temperatur förekommer som superkritiska vätskor eller i exotiska faser som superjoniskt vatten. Kärnan antas bestå av bergarter och metaller (silikater och järn/nickel), medan atmosfären innehåller mer väte och helium, samt spår av metan som ger planeterna deras blågröna färg.

Atmosfär, väder och klimat

Atmosfärerna hos Uranus och Neptunus består huvudsakligen av väte och helium, med metan, ammoniak och vattenånga som spårgas. Metan absorberar rött ljus och gör att planeterna ser blågröna ut. Båda planeterna har kraftiga vindar och meteorologi:

• Neptunus uppvisar några av de snabbaste vindarna i solsystemet, över 2000 km/h i vissa jetströmmar.
• Uranus har mycket låg ytaktivitet i form av molnformationer generellt, men kan visa dynamiska stormar. Dess extrema lutning (ungefär 98°) ger mycket ovanliga årstider och belysning.

Magnetfält

Både Uranus och Neptunus har magnetfält som skiljer sig från jordens och från gasjättarnas: fälten är kraftigt offset från rotationsaxeln och mittpunkten och är lutade i stora vinklar. Detta ger komplexa och asymmetriska magnetosfärer, vilket påverkar partikelstrålning och strålningstrappor runt planeterna.

Ringar och månar

Precis som Saturnus och Jupiter har isjättarna system av ringar och ett flertal månar. Uranus har ett stort antal små månar och smala mörka ringar. Neptunus har också ringar (mindre framträdande) och flera månar, där Triton är särskilt intressant: Triton är stor, retrograd (rör sig i motsatt riktning mot Neptunus rotation) och kan vara ett infångat objekt från Kuiperbältet.

Bildning och ursprung

Isjättar bildades sannolikt i den yttre delen av solsystemets protoplanetära skiva, där temperaturerna var tillräckligt låga för att flyktiga ämnen skulle stelna (beyond the frost line). Deras inre uppbyggnad och relativa rikedom på tunga flyktiga ämnen antyder att de bildades med större andel is och tunna atmosfärer jämfört med gasjättarna. Moderna dynamiska modeller föreslår också att planarisk migration kan ha påverkat deras nuvarande positioner.

Utforskning

De viktigaste direkta observationerna av Uranus och Neptunus kommer från rymdsonden Voyager 2, som flög förbi Uranus 1986 och Neptunus 1989. Voyager 2 gav vår första nära bilddata, mätningar av magnetfält, atmosfär och månar. Efter Voyager 2 finns planer och förslag på nya sonder för att bättre studera isjättarnas inre struktur, atmosfärer och månar — men hittills har det inte skickats någon orbiter som kretsat längre tid kring någon av dem.

Snabba fakta

• Exempel: Uranus och Neptunus.
• Sammansättning: Större andel tunga flyktiga ämnen (vatten, ammoniak, metan) än väte/helium.
• Väte/helium i massa: ~20 % för isjättar jämfört med >90 % för gasjättar.
• Atmosfäriska egenskaper: Metan ger blå-gröna färger; kraftiga vindar och stormar, särskilt på Neptunus.
• Magnetfält: Ovanligt lutade och förskjutna jämfört med planeternas centra.
• Utforskning: Voyager 2:s flyby är hittills den mest betydelsefulla fältundersökningen.

Varför begreppet "is" kan missleda

Termen "isjätte" kan vara missvisande eftersom mycket av det som ursprungligen var iskorn under byggandet av planeten numera finns i form av varma, högtrycksfasade vätskor eller superjoniska material. Därför innebär "is" här snarare kemisk sammansättning (flyktiga föreningar) än att materialet i dag är fruset i konventionell mening.

Genom fortsatt observation, satellitförslag och förbättrade teleskop hoppas forskare lära sig mer om isjättarnas inre, deras roll i planetformation och hur vanliga liknande planeter är i andra stjärnsystem.

Frågor och svar

F: Vad är isjättar?

F: Hur många isjättar finns det i solsystemet?

F: Vad är definitionen av "is" inom astrofysik och planetarisk vetenskap?

F: Hur är isjättarnas sammansättning jämfört med gasjättarnas sammansättning?

F: När upptäcktes det att Uranus och Neptunus var en särskild klass jämfört med andra jätteplaneter?

F: Vilken form har det mesta vattnet på Uranus och Neptunus i dag?

Sök med bokstav