Tähtitiede

Miksi Uranuksen ja Neptunuksen magneettinen akseli ei ole keskellä?

Miksi Uranuksen ja Neptunuksen magneettinen akseli ei ole keskellä?

Se (Uranus) pyörii kyljellään, kallistettuna melkein 98 astetta kiertoradan tasosta auringon ympäri. Myös sen magneettikentän akseli on kallistettu 59 asteen kulmassa pyörimisakseliin nähden. Magneettikenttä on myös keskikohdan ulkopuolella, ja kenttäviivat tulevat esiin noin kolmanneksella matkasta kohti etelänavaa. (lähde)

Neptunuksen magneettikenttä on kallistettu 47 planeetan pyörimisakselilta ja on siirtynyt vähintään 0,55 säteelle, noin 8500 mailia (13 500 km) fyysisestä keskustasta. Planeetan sisällä tuotettujen dynamo-sähkövirtojen on siis oltava suhteellisen lähempänä pintaa kuin maapallolla, Jupiterilla tai Saturnuksella. Neptunuksen magneettikenttä käy dramaattisten muutostensa vuoksi epätavallisen suunnan ja planeetan pyörimisakselin kallistuksen läpi, kun planeetta pyörii auringon tuulessa. (lähde)

Joten on hyvin osoitettu, että Uranuksen ja Neptunuksen magneettinen akseli on keskuksen ulkopuolella ja tästä johtuen planeetoilla on seuraavat seuraukset:

  1. magnetosfääri on epäsäännöllinen
  2. magneettikentän voimakkuus vaihtelee, melkein avautuu ja sulkeutuu säännöllisesti, kun magneettikentän linjat irtoavat ja muodostavat yhteyden uudelleen
  3. magneettikentän suunta muuttuu jatkuvasti.

Mutta miksi magneettinen akseli ei ole ensinnäkin keskellä? En löytänyt lähdettä vastaamasta siihen. Johtuuko se planeettojen kohdistus / kiertorata / sisäinen lämmitysmekanismi?


Vastuuvapauslauseke: Tämä vastaus on innoittamana Uraanin ja Neptunuksen magneettikentät: Metallinen nestevety Nellis [2017], joka selittää jääjättien magneettikenttien keskipistesiirtymän vertaamalla niitä maapallon magneettikenttiin.

Maan akselimetrinen magneettikenttä

Aurinkokuntamme eniten tutkittu magneettikenttä on tietysti Maa. Nellis 2017 selittää, kuinka kiertoliikkeen ja konvektiivisten dynamoliikkeiden yhdistäminen maapallon ulkosydämessä saa magneettisen akselin ajamaan kohti suuntausta spin-akseliin:

Koska maapallon pyörimisliike (RM) on voimakkaasti kytketty sen neste-Fe-ulomman sydämen konvektiivisiin dynamo (CD) -liikkeisiin, planetaarinen RM stabiloi konvektiiviset liikkeet, jotka tuottavat dipolaarisen magneettikentän. Jos tapahtuu konvektiivinen vaihtelu, jolla on taipumus horjuttaa tiettyä dipolaarista akselia, vahva RM-CD-kytkentä joko ohjaa konvektiiviliikkeitä, jotka palauttavat olennaisesti alkuperäisen suunnan, tai CD-vaihtelut, jotka ajavat alkuperäiset magneettiset akselit orientaatiotasapainosta, ovat niin vahvoja, että RM-CD kytkentä ajaa lopulta dipolaarisen akselin suuntaan sen alkuperäisen suuntaan nähden.

Uraanin / Neptunuksen ei-akselisymmetriset magneettikentät

Voyager 2 mitasi sekä Uranuksen että Neptunuksen painovoiman sekä magneettikentät. Nämä mittaukset auttoivat kehittämään planeettakoostumuksen malleja sekä magneettikenttägeneraattoreiden malleja. Uraanille / Neptunukselle kentät syntyvät lähellä pintaa niin suurilla säteillä $ noin0.9R_U / R_N $, kun taas maapallon magneettikenttä syntyy paljon syvemmällä $ noin0,5R_E $.

Pinnan lähellä oleva magneettinen sukupolvi sekä H-HE-kirjekuori (jälleen Nellisin mukaan) tarkoittavat seuraavaa:

magneettikenttiä tuottavien nesteiden paikalliset konvektiiviset dynamoliikkeet ovat olennaisesti irrotettu globaaleista pyörimisliikkeistä […]. U / N-dynamot olisivat sitten suhteellisen vapaita vaeltamaan paikallisten konvektiivisten vaihtelujen sanelemana. Siten niiden kenttien kallistuskulmat ja keskipistesiirrot vaihtelevat hitaasti aurinkokunnan iän yli.

Yhteenveto

Maan koostumus ja konvektiiviset nestemäiset ytimen virrat aiheuttavat kytkennän Maan pyörimisliikkeen ja konvektiivisen dynamon liikkeen välillä. Tämä ajaa magneettisen akselin kohdistumaan spin-akselin kanssa, joka kulkee massakeskipisteen läpi. Neptunukselle ja Uranukselle ei ole olemassa samanlaista vahvaa kytkentää, mikä tarkoittaa, että näiden planeettojen magneettinen akseli voi vapaasti vaeltaa sekä suunnassa että siirtymässä spin-akselista ja massakeskipisteestä paikallisten pinnan konvektiovirtojen vuoksi.


  • Tämä sisäinen energia antaa Neptunukselle aktiivisen, dynaamisen ilmapiirin:
  • Tummat vyöt ja kirkkaat metaanijään pilvet.
  • Tummat soikeat sykloniset myrskyt.
  • Great Dark Spot - suuri myrsky, joka ilmestyi 1980-luvun puolivälissä, katosi sitten vuoteen 1995 mennessä.

Uranuksen pyörimisakseli on kallistunut

  • 1985: Pohjoinen napa täydessä auringonvalossa, etelänapa täydellisessä pimeydessä.
  • 2006: Aurinko päiväntasaajalla, auringonlasku pohjoisnavalla alkaa 42 vuoden yönä, auringonnousu etelänavalla
  • 2027: Etelänapa täydessä auringonvalossa, pohjoinen on pimeää.

Tällaiset äärimmäiset vuodenaikojen vaihtelut voivat auttaa selittämään Uranuksen sään puutetta (voimakas pallonpuoliskon ero voi häiritä kaistojen ja vyöhykkeiden prosesseja, jotka näkyvät muilla Jovian planeetoilla).


Uranuksen ja Neptunuksen magneettinen mysteeri on edelleen ratkaisematta

Uranuksen ja Neptunuksen planeetoilla on vinoja magneettikenttiä, mikä todennäköisesti johtuu niiden ainutlaatuisista sisäisistä rakenteista. Jotkut tutkijat uskovat, että planeetat ja #depolaariset magneettikentät johtuvat niiden jäisen vaipan ainutlaatuisesta geometriasta, johon kuuluu ohut konvektiivikerros kerrostetun ei-konvektiivisen kerroksen päällä.

H2O ja NH3 ovat edustavia materiaaleja, jotka löytyvät jättimäisten jääplaneettojen vaipasta molemmilta planeetoilta. Superionisen H20: n ja NH3: n läsnäolo on ehdotettu mahdolliseksi selitykseksi tällaisten ei-konvektiivisten alueiden stabiloitumiselle. Kokeellisten tietojen puute näiden superionisten vaiheiden fysikaalisista ominaisuuksista on kuitenkin estänyt tämän ongelman ratkaisemisen.

Uranuksella ja Neptunuksella, kahdella suurella kaasuplaneetalla, on epätavalliset magneettikentät. Kukin näistä on voimakkaasti kallistettu suhteessa planeetan pyörimisakseleihin ja on merkittävästi syrjäytetty planeetan fyysisestä keskuksesta. Syy tähän on pitkään ollut mysteeri planeettatieteissä. Eri teoriat ehdottavat, että tämä outo ilmiö johtuu näiden planeettojen ainutlaatuisesta sisäisestä rakenteesta. Näiden teorioiden mukaan vinoutunut magneettikenttä johtuu kierrosta konvektiivisessa kerroksessa, joka koostuu sähköä johtavasta nesteestä. Tämä konvektiivinen kerros puolestaan ​​ympäröi vakaasti kerrostunutta, konvektiivista kerrosta, jossa materiaalin kiertoa ei tapahdu sen korkean viskositeetin vuoksi eikä siten vaikutusta magneettikenttään.

ETH Zürichin tutkijoiden uudet kokeet osoittavat nyt, että mysteeri on edelleen ratkaisematta.

Uraanilla ja Neptunuksella on molemmat täysin vinossa magneettikentässä, mikä johtuu ehkä planeettojen erityisistä sisäisistä rakenteista. Mutta ETH Zürichin tutkijoiden uudet kokeet osoittavat nyt, että mysteeri on edelleen ratkaisematta.

Molemmat planeetat ja # 8217 outoa magneettikenttää ovat voimakkaasti kallistuneet suhteessa planeetan ja # 8217: n pyörimisakseleihin, ja ne ovat merkittävästi siirtyneet planeetan fyysiseen keskukseen. Syy tähän on ollut pitkään mysteeri planeettatieteissä.

Monet teoriat viittaavat siihen, että vääristynyt magneettikenttä johtui verenkierrosta sähköä johtavan nesteen konvektiivisessa kerroksessa.

Ylimääräiset valtiot

Vesi ja ammoniakki, Uranuksen ja Neptunuksen pääkomponentit, pääsevät epätavalliseen tilaan erittäin korkeissa paineissa ja lämpötiloissa tietokonesimulaatioiden mukaan: & # 8220superioninen tila & # 8221, jolla on sekä kiinteän että nestemäisen ominaisuuksia. Tässä tilassa vetyionit muuttuvat liikkuviksi happi- tai typpihiilirakenteessa.

Viimeaikaiset kokeelliset tutkimukset vahvistavat superionisen veden olemassaolon syvyydessä, jossa teorian mukaan vakaan kerroksinen alue on olemassa. Tämän seurauksena kerrostettu kerros voisi muodostua superionisista komponenteista. Koska superionisen tilan fyysisiä ominaisuuksia ei tunneta, on kuitenkin epäselvää, pystyvätkö komponentit todella tukahduttamaan konvektion.

Tutkijat käyttivät tietokonesimulaatioita saadakseen selville, että H2O ja NH3 siirtyvät superioniseen tilaan tässä tutkimuksessa. Tässä tilassa vetyionit muuttuvat liikkuviksi happi- tai typpihiilirakenteessa.

Uranuksen ja Neptunuksen ratkaisematon mysteeri

Ammoniakkia käytettiin tutkijoiden korkeapaine- ja lämpötilakokeissa. He halusivat tietää, kuinka joustava superioninen materiaali oli.

Tutkijat käyttivät timantti-alasinkennoa, korkeapainelaitetta. He asettivat ammoniakin pieneen noin 100 mikrometrin halkaisijaltaan olevaan astiaan, joka oli puristettu kahden näytettä puristavan timanttikärjen väliin, jolloin materiaalit altistettiin erittäin korkeille paineille, kuten Uraanin ja Neptunuksen sisällä. Tutkijat lämmittivät materiaalinäytteen yli 2000 celsiusasteeseen infrapunalaserilla. He käyttivät vihreää laseria näytteen valaisemiseen samanaikaisesti.

Sitten arvioitiin sironneen vihreän laservalon aaltospektri. Tutkijat pystyivät määrittämään materiaalin elastisuuden ja kemiallisen sitoutumisen ammoniakkiin tekemällä niin. Tutkijat löysivät kokeita suorittaessaan uuden ammoniakkivaiheen: uuden superionisen ammoniakkifaasin (faasin). Tutkijat uskovat, että tällainen uusi vaihe voi olla olemassa Uranuksen ja Neptunuksen & # 8217: n syvissä sisätiloissa.

Uusi vaihe löydetty

Kimura ja Murakami löysivät mittauksissaan uuden superionisen ammoniakkifaasin (faasin), jonka kimmoisuus oli samanlainen kuin nestefaasin. Tämä uusi vaihe voi olla vakaa Uranuksen ja Neptunuksen syvissä sisätiloissa ja esiintyä siten siellä. Kuitenkin, koska superioninen ammoniakki käyttäytyy nesteen tavoin, se ei ole riittävän viskoosi edistämään ei-konvektiivisen kerroksen muodostumista.

Kysymys superionisen veden ominaisuuksista Uranuksen ja Neptunuksen sisällä on tullut entistä painokkaammaksi uusien havaintojen valossa. Koska mysteeri siitä, miksi kahdella planeetalla on niin epäsäännöllinen magneettikenttä, on edelleen ratkaisematon tähän päivään saakka.

Koska faasilla on kuitenkin samanlainen elastisuus kuin nestefaasilla, se ei olisi riittävän viskoosi edistämään ei-konvektiivisen kerroksen muodostumista.


Tutkijat: Uranin koetinkeskus, osut outoa vettä

Mallintamalla planeettojen sisätilaa tietokonesimulaatioiden avulla kansainvälinen tutkijaryhmä tarkastelee tarkemmin Uranuksen ja Neptunuksen epätavallisia vetisiä ytimiä.

Heidän simulaationsa antoi heille mahdollisuuden analysoida lämpö- ja sähköprosesseja kahden jää jättiläisen ytimessä, koska lausunnon mukaan näitä prosesseja on usein fyysisesti mahdotonta tuottaa uudelleen kokeessa takaisin maapallolle.

Tutkijat toivovat, että heidän simulaatiot tuovat uutta valoa näiden jääjättien muodostumiseen ja evoluutioon sekä niiden magneettikenttiin.

"Vety ja happi ovat yleisimpiä elementtejä maailmankaikkeudessa yhdessä heliumin kanssa", Federico Grasselli ja Stefano Baroni Trieste, Italia, International School for Advanced Studies (SISSA) -lehdestä, lehdessä julkaistun paperin ensimmäinen ja viimeinen kirjoittaja Luontoviestintä viime kuussa, selitetään lausunnossa.

Mainos

Mainos

”On helppo päätellä, että vesi on yksi tärkeimmistä ainesosista monissa taivaankappaleissa. Ganymede ja Europa, Jupiterin satelliitit, ja Saturnuksen satelliitti Enceladus, esittävät jäisiä pintoja, joiden alapuolella vesimeret ovat ", he lisäsivät. "Neptune ja Uranus koostuvat myös todennäköisesti pääasiassa vedestä."

Heidän simulaatioissaan tutkitaan lämpö- ja sähkönjohtavuutta atomimittakaavaan asti vain nanosekunnin murto-osina.

He havaitsivat, että näiden jättiläisten ytimissä oleva jää on hyvin erilainen kuin jää, johon olemme tottuneet täällä maan päällä. "Tällaisissa eksoottisissa olosuhteissa emme voi ajatella jäätä kuten olemme tottuneet", Grasselli ja Baroni selittävät. "Jopa vesi on itse asiassa erilainen, tiheämpi, ja useat molekyylit hajoavat positiivisiksi ja negatiivisiksi ioneiksi, jolloin ne kuljettavat sähkövaraa."

Tämä "superioninen vesi" ei ole aivan kiinteä eikä myöskään neste - se on jossakin välissä. Vetyatomit vaeltavat vapaasti, kun taas happimolekyylit lukitaan "kiteiseen ristikkoon".


Magneettinen suojus

Magnetosfääri toimii esteenä aurinkotuulelle: kun molemmat liikkuvat samaan suuntaan, aurinkotuuli liukuu siitä pois kuin vesi pois ankasta & # 8217s takaisin. Mutta samalla kun vesi osuu ankkaan & # 8217s höyheniin hännän päästä, ankka kastuu, joten kun aurinkotuuli puhaltaa kohti Uranusta oikeassa kulmassa, planeetan magneettikenttä on linjassa aurinkotuulen ja # 8217s kanssa jotkut hiukkaset virtaavat läpi.

Tämä prosessi, jota kutsutaan magneettiseksi uudelleenkytkennäksi, tapahtuu ajoittain lähellä Maan pylväitä, joissa hiukkasten virtaus aurinkotuulesta voi johtaa lisääntyneisiin auroreihin. Uranuksella Paty ja Cao havaitsivat, että sen pitäisi tapahtua joka ikinen päivä (noin 17 maapallon tuntia), kytkemällä magnetosfäärin suojaus päälle ja pois päältä. Tämä voi johtaa auroraan myös siellä.

Mutta on vaikea tietää, mitä Uranuksessa tapahtuu, koska ainoat lähikuvahavaintomme ovat vuodelta 1986, jolloin Voyager 2 -avaruusalus vihelteli ohi viiden päivän aikana.

& # 8220Havaimme vilkaisun mysteeristä, kun lennimme ohitse, & # 8221 sanoo Paty. & # 8220Me menimme Uranuksen ja # 8217s magneettikentän sisälle ja yhtäkkiä se ei näyttänyt maalta, Jupiterilta tai Saturnukselta ollenkaan. & # 8221 Tämä lyhyt kuva ei ole kovin paljon, mutta Paty & # 8217s malli sopii siihen täydellisesti.

& # 8220Se on hienoa, että se sopii yhtä hyvin kuin se yksi lentoyhteys, jonka meillä on Uranuksesta, & # 8221 sanoo George Hospodarsky Iowan yliopistosta. & # 8220Mutta todellinen testi olisi kiertoradan lähettäminen sinne ja paljon tietoja erilaisissa olosuhteissa ja nähdä, sopiiko malli edelleen. & # 8221 NASA: lla on suunnitelmissa lähettää uusi koetin Uraanille vuonna 2034, mutta ei tehtävää on vielä hyväksytty.


Sekä Uraanilla että Neptunuksella on todella outoja magneettikenttiä

Uranuksen ja Neptunuksen magneettikentät ovat todella, vakavasti sekaisin. Ja emme tiedä miksi.

Useimpien planeettojen magneettikentät (jos niillä on edes yksi) ovat melko suoraviivaisia. Planeetta pyörii tietyssä suunnassa, ja kenttä on suunnilleen linjassa kyseisen pyörimissuunnan kanssa. Toki kentät voivat vaeltaa hieman täällä ja siellä, mutta yleisesti ottaen kaikella on järkeä.

Ja sitten ovat jääjätit, Uranus ja Neptune. Uranuksen tapauksessa planeetta itse pyörii melkein kohtisuoraan muuhun aurinkokuntaan nähden, mutta sen magneettikenttä on melkein tavallisessa ylöspäin suunnassa. Neptunuksen kanssa magneettikenttä on täyden 47 asteen päässä linkoussuunnasta. Lisäksi magneettikentät siirtyvät poispäin molempien planeettojen keskipisteistä.

Maan, Uranuksen ja Neptunuksen magneettikentät. Luotto: ETH Zürich / T.Kimura

Tutkijat ovat jo kauan arvanneet, että planeetoilla tapahtuu jotain funky. Molempien planeettojen uskotaan isännöivän suuria konvektiokerroksia, jonnekin ytimen ja ilmakehän välissä, joissa ylipaineistettua vettä ja metaania on & # 8220superionisessa tilassa & # 8221, joilla on sekä nesteiden että kiintoaineiden ominaisuuksia. Superioninen vesi ja metaani kiertävät ylöspäin suuntautuvina kuvioina, ja koska ne ovat latautuneet, planeetat saattavat tuottaa magneettikentänsä siellä, ei ytimissä.

Tämän idean testaamiseksi Tomoaki Kimura ja Motohiko Murakami ETH Zürichin maatieteiden laitokselta tutkivat ammoniakin ominaisuuksia paineistetussa tilassa timanttisolun alasin avulla. Puristamalla näyte ja kuumentamalla se yli 2 000 celsiusasteeseen, he pystyivät luomaan jääjättien sisätilat.

He havaitsivat, että superioninen ammoniakki voi todellakin olla vakaa noissa paineissa ja lämpötiloissa, mikä viittaa siihen, että sitä voi olla näiden planeettojen sisällä. Mutta ratkaisevasti ammoniakki ei ollut tarpeeksi viskoosi muodostamaan vakaan kerroksen syvemmälle planeetan sisälle. Toisin sanoen, jotta konvektiivisen kerroksen idea toimisi, sen on istuttava vakaan kerroksen päälle, ja vaikuttaa vaikealta saada ammoniakki soittamaan molempia rooleja. Ja ilman konvektiokerrosta emme voi selittää magneettikentän rakennetta.


Lapsiystävällinen Uranus

Uranus on valmistettu vedestä, metaanista ja ammoniakinesteistä pienen kallioisen keskuksen yläpuolella. Sen ilmakehä on vetyä ja heliumia, kuten Jupiter ja Saturnus, mutta siinä on myös metaania. Metaani tekee Uraanista sinisen.

Uraanilla on myös heikkoja renkaita. Sisärenkaat ovat kapeita ja tummia. Ulkorenkaat ovat kirkkaanvärisiä ja helpommin näkyviä.

Venuksen tavoin Uranus pyörii vastakkaiseen suuntaan kuin useimmat muut planeetat. Ja toisin kuin mikään muu planeetta, Uranus pyörii kyljellään.

Vieraile NASA Space Placessa saadaksesi lisää lapsiystävällisiä tietoja.

Pinta

Jääjätinä Uranuksella ei ole todellista pintaa. Planeetalla on enimmäkseen pyörteisiä nesteitä. Vaikka avaruusaluksella ei olisi minne laskeutua Uranukselle, se ei myöskään pystyisi lentämään ilmakehänsä vahingoittumattomana. Äärimmäiset paineet ja lämpötilat tuhoaisivat metallisen avaruusaluksen.

Tunnelma

Uraanin ilmakehässä on enimmäkseen vetyä ja heliumia, pienellä määrällä metaania ja pieniä määriä vettä ja ammoniakkia. Metaani antaa Uranukselle tunnusomaisen sinisen värin.

Vaikka Voyager 2 näki vain muutamia erillisiä pilviä, suuren tumman paikan ja pienen tumman täplän lennon aikana vuonna 1986, uudemmat havainnot paljastavat, että Uraanilla on dynaamisia pilviä lähestyttäessä päiväntasausta, mukaan lukien nopeasti muuttuvat kirkkaat piirteet.

Uraanin ja planeetan ilmakehän lämpötila, jonka vähimmäislämpötila on 49K (-224,2 astetta), tekee siitä jopa kylmempi kuin Neptunus joissakin paikoissa.

Tuulen nopeus voi nousta Uranuksella jopa 560 mailia tunnissa (900 kilometriä tunnissa). Tuulet ovat taaksepäin päiväntasaajalla, puhaltavat planeetan käänteiseen suuntaan. Mutta lähempänä pylväitä tuulet siirtyvät edistyneeseen suuntaan virtaamalla Uranuksen & # 39 -kierroksella.

Magnetosfääri

Uraanilla on epätavallinen, epäsäännöllisen muotoinen magnetosfääri. Magneettikentät ovat tyypillisesti linjassa planeetan pyörimisen kanssa, mutta Uraanin ja # 39 magneettikenttä on kaatunut: magneettinen akseli on kallistettu lähes 60 astetta planeetan pyörimisakselista ja se on myös siirtynyt planeetan keskiosasta. kolmanneksella planeetan säteestä.

Uraanin aurorit eivät ole linjassa pylväiden kanssa (kuten ne ovat maapallolla, Jupiterissa ja Saturnuksessa) kiertyvän magneettikentän vuoksi.

Magnetosfäärin pyrstö Uranuksen takana Aurinkoa vasten ulottuu avaruuteen miljoonien mailien ajan. Sen magneettikentän viivat kiertyvät Uranus & rsquo -sivulta kiertämällä pitkäksi korkkiruuvin muotoon.

Renkaat

Uranuksessa on kaksi rengassarjaa. Yhdeksän renkaan sisäinen järjestelmä koostuu pääosin kapeista, tummanharmaista renkaista. Ulkorenkaita on kaksi: sisin on punertava kuin pölyiset renkaat muualla aurinkokunnassa, ja ulompi rengas on sininen kuin Saturnuksen & # 39s E-rengas.

Etäisyyden kasvamiseksi planeetasta renkaita kutsutaan nimellä Zeta, 6, 5, 4, Alfa, Beeta, Eta, Gamma, Delta, Lambda, Epsilon, Nu ja Mu. Joitakin suurempia renkaita ympäröivät hienopölyiset vyöt.

Kuut

Uraanilla on 27 tunnettua kuuta. Vaikka suurin osa muilla planeetoilla kiertävistä satelliiteista on saanut nimensä kreikkalaisesta tai roomalaisesta mytologiasta, Uranus- ja # 39-kuut ovat ainutlaatuisia nimeltään William Shakespearen ja Alexander Pope'n teosten hahmoille.

Kaikki Uranuksen ja # 39 sisäkuut näyttävät olevan suunnilleen puolet vesijäästä ja puoliksi kalliosta. Ulkokuiden koostumus on edelleen tuntematon, mutta ne ovat todennäköisesti siepattuja asteroideja.

Elämän potentiaali

Uranus & # 39 -ympäristö ei suosi elämää sellaisena kuin me sen tunnemme. Tälle planeetalle ominaiset lämpötilat, paineet ja materiaalit ovat todennäköisesti liian äärimmäisiä ja haihtuvia, jotta organismit voivat sopeutua.


Tietoja tästä sivustosta

Nimeni on Christine Chase ja olen kiinnostunut monentyyppisistä astrologioista.

Opiskelen perinteistä astrologiaa, koska olen kiinnostunut menneisyydestä ja siitä, miten käsitteet ovat kehittyneet. Perinteisen astrologian koulu (STA) on kouluttanut minua harrastajana ja minulla on kunnia auttaa sinua tutkimaan hyvää kysymystä.

Työskentelen myös tärinäastrologian kanssa, koska sillä on mielenkiintoinen tapa tarkastella elämämme taustalla olevia energioita. Jos sinulla on tarkka syntymäaika, autan mielelläni tutkimaan tapaa, jolla toimit, jotta voit olla tietoinen näistä energioista. Jos tiedät heistä, voit työskennellä heidän kanssaan ja myös ymmärtää itseäsi paremmin.

Tarjoan myös yhdistetyn lähestymistavan syntymäluetteloihin ja vuosi eteenpäin -työhön. Ajattelen asioita jonkin verran perinteisesti, mutta modernit käsitteet ja tärinäastrologia-ajatukset puhuvat myös minua.

Toivottavasti pidät tästä verkkosivustosta ja odotan innolla yhteistyötä kanssasi!


Miksi Uraanilla ja Neptunuksella on epämääräisiä magneettikenttiä?

Kahden suuren planeetan omituiset magneettikentät ovat kumpikin voimakkaasti kallistettuja suhteessa planeetan pyörimisakseleihin ja ovat merkittävästi poikkeavia planeetan fyysisestä keskustasta.

Eri teorioissa oletetaan, että näiden planeettojen ainutlaatuinen sisärakenne voisi olla vastuussa tästä outosta ilmiöstä.

Näiden teorioiden mukaan vinoutunut magneettikenttä johtuu kierteistä konvektiokerroksessa, joka koostuu sähköä johtavasta nesteestä.

Tämä konvektiivinen kerros puolestaan ​​ympäröi vakaan kerroksisen, ei-konvektiivisen kerroksen, jossa materiaalin kiertoa ei tapahdu sen korkean viskositeetin vuoksi eikä siten vaikutusta magneettikenttään.

Tietokonesimulaatiot osoittavat, että vesi ja ammoniakki, Uranuksen ja Neptunuksen pääkomponentit, pääsevät epätavalliseen tilaan erittäin korkeilla paineilla ja lämpötiloissa: "superioniseen tilaan", jolla on sekä kiinteän että nestemäisen ominaisuuksia.

Tässä tilassa vetyionit muuttuvat liikkuviksi hapen tai typen muodostaman hilarakenteen sisällä.

Viimeaikaiset kokeelliset tutkimukset vahvistavat, että superionista vettä voi esiintyä syvyydessä, jossa teorian mukaan vakaasti kerrostunut alue sijaitsee.

Siksi voi olla, että kerrostettu kerros muodostuu superionisista komponenteista.

On kuitenkin epäselvää, pystyvätkö komponentit todella tukahduttamaan konvektion, koska superionisen tilan fysikaalisia ominaisuuksia ei tunneta.

Tomoaki Kimura ja Motohiko Murakami ETH Zürichin maatieteiden osastolta tekivät laboratoriossaan korkeapaine- ja lämpötilakokeita ammoniakilla.

Kokeiden tarkoituksena oli määrittää superionisen materiaalin elastisuus. Elastisuus on yksi tärkeimmistä fysikaalisista ominaisuuksista, joka vaikuttaa planeettavaipan lämpökonvektioon.

On huomattavaa, että materiaalien elastisuus kiinteässä ja nestemäisessä tilassaan on täysin erilainen.

Tutkimuksissaan tutkijat käyttivät korkeapainelaitetta, jota kutsuttiin timanttialasin soluksi.

Tässä laitteessa ammoniakki sijoitetaan pieneen astiaan, jonka halkaisija on noin 100 mikrometriä ja joka sitten kiinnitetään kahden näytettä puristavan timanttikärjen väliin. Tämä mahdollistaa materiaalien altistamisen erittäin korkeille paineille, kuten Uraanin ja Neptunuksen sisällä oleville.

Infrapunalaseri lämmittää sitten näytteen yli 2000 celsiusasteeseen (3632 astetta Fahrenheit-astetta). Samanaikaisesti vihreä lasersäde valaisee näytettä.

Mittaamalla hajallaan olevan vihreän laservalon aaltospektri tutkijat voivat määrittää materiaalin elastisuuden ja kemiallisen sidoksen ammoniakissa.

Aaltospektrin muutokset eri paineissa ja lämpötiloissa voivat määrittää ammoniakin elastisuuden eri syvyydessä.

Mittauksissaan Kimura ja Murakami ovat löytäneet uuden superionisen ammoniakkifaasin (y-faasin), jolla on samanlainen elastisuus kuin nestefaasilla.

Tämä uusi vaihe voi olla vakaa Uranuksen ja Neptunuksen syvässä sisäosassa ja esiintyä siksi siellä.

Superioninen ammoniakki käyttäytyy kuitenkin nestemäisenä, joten se ei olisi riittävän viskoosi edistämään ei-konvektiivisen kerroksen muodostumista.

Uusien tulosten valossa kysymys siitä, mitä ominaisuuksia superionisella vedellä on Uranuksen ja Neptunuksen sisällä, on erityisen kiireellinen. Toistaiseksi mysteeri siitä, miksi kahdella planeetalla on niin epäsäännöllinen magneettikenttä, on edelleen ratkaisematta.


Luokat

Tilastot

Katselukertojen määrä:1,676,100
Tykkäykset:19,990
Ei pidä:538
Kommentit:1,880
Kesto:12:19
Ladattu:2015-05-28
Viimeisin synkronointi:2020-11-17 08:45

Tänään olemme täydentämässä planeettakiertueemme jättiläisten Uranuksen ja Neptunuksen kanssa. Molemmilla on pienet kiviset ytimet, paksut ammoniakin, veden ja metaanin vaipat ja ilmakehät, jotka saavat ne näyttämään vihertäviltä ja sinisiltä. Uraanilla on todella outo kierto ja suhteellisen tylsä ​​sää, kun taas Neptunuksessa on pilviä ja myrskyjä, joita lyö valtavat tuulet. Molemmilla on renkaita ja kuita, ja Neptunuksen Triton on todennäköisesti kiinni jääpallo, jolla on aktiivinen geologia.

Tämän jakson toi sinulle Squarespace http://www.squarespace.com/crashcourse
--
Crash Course on Patreonissa! Voit tukea meitä suoraan kirjautumalla sisään osoitteessa http://www.patreon.com/crashcourse
--

Sisällysluettelo
Jääjätit pienillä kallioisilla sydämillä 2:18
Paksut ammoniakin, veden ja metaanin mantelit 1:53
Tunnelmat saavat heidät näyttämään vihreiltä ja sinisiltä 2:53
Uraanilla on tylsää säätä 3:35
Neptunuksella on aktiivinen sää 7:19
Molemmilla on renkaita ja kuita 5:12

KUVAT / VIDEOT
Uranus http://fi.wikipedia.org/wiki/Voyager_2#/media/File:Uranus2.jpg [luotto: NASA / JPL / Voyager-tehtävä]
Neptune https://www.nasa.gov/content/25-years-ago-voyager-2-captures-images-of-neptune/ [luotto: NASA]
Kuningas Yrjö III
Uranus maasta kuvan Phil Plait
Uranus, maapallon kokovertailu http://fi.wikipedia.org/wiki/Tiedosto:Uranus,_Earth_size_comparison.jpg [luotto: NASA]
Uraanin ydin, rekonstruoitu osoitteesta http://en.wikipedia.org/wiki/File:Uranus-intern-en.png [luotto: Wikimedia Commons]
Uranus http://www.spacetelescope.org/static/archives/images/screen/opo0647b.jpg [luotto: NASA, ESA, L. Sromovsky ja P. Fry (Wisconsinin yliopisto), H. Hammel (Avaruustieteen instituutti) ja K. Rages (SETI-instituutti)]
Uraanimyrskyt http://www.keckobservatory.org/images/made/images/blog/Uranus_Aug20142_800_407.jpg [luotto: Imke de Pater (UC – Berkeley) / Keckin observatorio]
Uraani ja renkaat (kallistuksen esittely) http://fi.wikipedia.org/wiki/Uranus#/media/File:Uranusandrings.jpg [luotto: Hubble-avaruusteleskooppi - NASA Marshallin avaruuslentokeskus]
Uraanin renkaat ja kuut http://www.eso.org/public/images/eso0237a/ [luotto: ESO]
Miranda http://en.wikipedia.org/wiki/Moons_of_Uranus#/media/File:Miranda.jpg [luotto: NASA]
Verona Rupes http://apod.nasa.gov/apod/ap110404.html [luotto: NASA]
Neptunuksen sisustus https://solarsystem.nasa.gov/multimedia/display.cfm?IM_ID=283 [luotto: Lunar and Planetary Institute]
Neptunuksen pilvet http://fi.wikipedia.org/wiki/File:Neptune_clouds.jpg [luotto: NASA]
Neptunuksen suuri pimeä täplä http://en.wikipedia.org/wiki/Neptune#/media/File:Neptune%27s_Great_Dark_Spot.jpg [luotto: NASA / Jet Propulsion Lab]
Neptunuksen renkaat http://www.rolfolsenastrophotography.com/Astrophotography/Solar-System/i-vjMHSxz/A [luotto: Rolf Wahl Olsen / NASA / JPL (Voyager 2, NASA Planetary Data System)]
Triton http://fi.wikipedia.org/wiki/Triton_(moon)#/media/File:Triton_moon_mosaic_Voyager_2_(large).jpg [luotto: NASA / Jet Propulsion Lab / U.S.Geological Survey]
Triton käänsi http://en.wikipedia.org/wiki/File:PIA01538_Triton_flipped_v.jpg [luotto: NASA / JPL]
Tritonin typpigeiserit http://fi.wikipedia.org/wiki/Triton_(moon)#/media/File:Voyager_2_Triton_14bg_r90ccw_colorized.jpg[luotto: NASA]

Tämän kaatumiskurssin jakson tuo sinulle Squarespace.

Uranus. Sinä johdat meitä. Sinä johdat meitä. Sinun anuksesi. OOO juoksi ose.

Aurinkokunnassamme on viisi planeettaa, jotka voit nähdä ilman kaukoputkikaivoa, kuusi, jos otat mukaan sen, jolla istut. Mutta siellä on vielä kaksi isoa, jotka kiertävät aurinkoa ulkoisen aurinkokunnan kylmissä syvyydessä: Uranus ja Neptune. He kysyvät paljon samankaltaisilta monin tavoin, mutta tietysti heillä on omat omituisuutensa.

Uranus oli ensimmäinen löydetty planeetta, ja tarkoitan sitä, ettei sitä ollut tiedossa muinaisina aikoina. Sen löytäminen vaati tähtitieteilijän, jolla oli kaukoputki. Vuonna 1781 William Herschel kartoitti taivaan kaukoputken läpi, kun hän huomasi vihertävän esineen, joka oli selvästi levy eikä piste, kuten tähti. Hän pani merkille sen kannan ja jatkoi. Mutta kun hän meni tarkkailemaan sitä uudelleen joskus myöhemmin, hän hämmästyi huomatessaan, että se oli liikkunut!

Se todettiin nopeasti olevan planeetta, kauempana Auringosta kuin Saturnus. Todellisessa ruskean nenätyylissä hän nimesi sen Georgium Sidusiksi tai George & rsquos -tähdeksi hallitsevan kuningas George III: n mukaan. Joo, onneksi, tämä nimi ei pysynyt kiinni, ja Rooman jumalien nimikkeistön mukaisesti uusi planeetta kutsuttiin Uranukseksi.

Mielenkiintoinen katkaisu: Se on todella näkyvissä avoimelle silmälle, jos sinulla on erittäin terävä näkö ja erittäin tumma taivas. Se on näkyvissä aivan ohuella karvaisella reunalla. Mikä hauskaa on, että useat ihmiset olivat havainneet sitä ennen Herscheliä, mutta kukaan ei ollut huomannut sen liikettä. Jotkut jopa luetteloivat sen karttoihinsa tähtinä!

Planeetta on massiivinen ja noin 14,5-kertainen Maan massaan, mutta ei kovin tiheä. Tämä tarkoittaa, että sen sisätilan on oltava valmistettu kevyistä tavaroista. Planeetan tieteelliset mallit, jotka perustuvat ulkoisen aurinkokunnan fysiikkaan ja kemiaan, osoittavat, että sen sisustus koostuu todennäköisesti kolmesta yleisestä kerroksesta.

Siellä on pieni kivinen ydin, maata pienempi, jota ympäröi hyvin paksu kerros materiaaleja, kuten vesi, ammoniakki ja metaani. Tämä vaippa muodostaa itse asiassa suurimman osan planeetasta ja on tiheä, kuuma ja suuren paineen alla. Monin tavoin se on enemmän kuin valtameri kuin mikään muu. Hieman hämmentävästi myönnän kuitenkin, että ulkoisen aurinkokunnan planeettatutkijat viittaavat veteen, ammoniakkiin ja metaaniin & lququoice & rdquo, joten vaikka se ei ole jäätä, kuten yleensä ajattelemme sitä täällä maan päällä, sanomme, että Uranuksen vaippa on & ldquoicy. & rdquo Erottaakseen sen kaasujätteistä Jupiterista ja Saturnuksesta, Uranusta kutsutaan & ldquoice -jätiksi. & rdquo

Puhutaan & ldquoicesta, & rdquo täällä & rsquos todella outo asia: Tutkimukset ovat osoittaneet, että Uraanin sisällä oleva paine voi hajottaa metaanimolekyylit, puristamalla niissä olevan hiilen niin tiukasti, että se muodostaa tosiasiallisesti timantteja! Nämä putosivat sitten vaipan pohjalle kuin kimaltelevat raekivet. Paitsi että se on tumma. Mutta silti siellä, Uranuksen syvyydessä, voi olla jopa nestemäisten timanttien valtameri, jossa kiinteät kelluvat kuten hmm, timanttimerkit.

Ei, emmekä koskaan näe sitä. Kun tarkkailemme planeettaa, me vain näemme sen ilmakehän huipun. Vedyn ja heliumin lisäksi ilmassa on noin 2% metaania. Metaani on todella hyvä absorboimaan punaista valoa, mikä tarkoittaa, että näemme Uranukselta heijastuneen valon olevan enimmäkseen vihreää ja sinistä, jolloin planeetta näyttää selvästi syaanilta tai akvamariinilta. Ja se on melko silmiinpistävää kaukoputken läpi.

Mutta näkyvässä valossa planeetta näyttää melkein olemattomalta. Siinä ei ole & squot, syvä kaista kuten Jupiter, tai jopa Saturnuksen vaaleat sävyt, vaikka infrapunaa tarkasteltaessa voi näkyä joitain kaistoja.

On pilviä, mutta jälleen kerran niitä on vaikea nähdä näkyvässä valossa. Pilvet ovat metaania, ammoniakkia ja rikkivetyä ja viimeinen on se, mikä mädäntyneiden munien tuoksun niin pahalta. I&rsquod avoid breathing through your noise at Uranus.

But then, the atmosphere there is negative 220 Celsius, so that might be a better reason not to inhale.

In late 2014, a bunch of storms popped up in Uranus&rsquos atmosphere, so big and bright they were easily visible from Earth. The storms may have dredged up very reflective methane ice from lower down in the atmosphere -- and this time, I do mean icy ice -- which is why they were bright. The northern hemisphere of Uranus is approaching summertime, which may be why these storms formed.

And that brings us to the weirdest thing about this planet: It&rsquos sideways!

If you were above the Earth&rsquos north pole looking down, you&rsquod see our planet spinning counter-clockwise, west to east. The Sun spins that way, and all the planets do as well&hellip except Venus and Uranus. While Venus is flipped all the way over, Uranus is tilted by about 98°. That means that in the summer, its axis is pointed almost directly at the Sun, so seasons on Uranus are pretty extreme, by outer solar system standards.

No one knows why Uranus is tipped so much. An obvious thought is that it got whacked, hard, by an impact long ago. If it were a grazing collision by a BIG object, that could have pushed hard enough on the planet to tip it over.

Unfortunately, Uranus is very far away, and has only been visited by spacecraft once&mdashVoyager 2, in 1986&mdashand even then it was a quick flyby. Uranus&rsquos weird tilt is just one of those many mysteries that astronomers are trying to solve with limited data.

Uranus has a magnetic field, but it&rsquos truly odd: Its axis is tipped by over 50° from the planet&rsquos spin axis, and it&rsquos way off-center the center of the magnetosphere is about 8000 km from the planet&rsquos center. It may be that the magnetic field is generated in the icy mantle, or that the core somehow interferes with the magnetic field, throwing it off. Truthfully, no one really knows why.

Uranus has more than two dozen moons five big ones and a bunch of dinkier ones. Cool fact: The moons are named after characters in Shakespeare plays. So we have Ariel, Umbriel, Titania, Oberon, and Miranda. Even Puck!

Of them all, I think the most interesting one is Miranda. When Voyager 2 flew past, it revealed an icy world that looks like it was put together by Dr. Frankenstein: a patchwork of jumbled terrains all crammed together, criss-crossed by canyons and grooves. It&rsquos possible a giant impact in it past actually disrupted the moon somewhat, and it settled back together into this weird mishmash.

But the reason I like it so much is a feature called Verona Rupes: It&rsquos the tallest cliff in the solar system, 5 to 10 kilometers high. If you jumped off the top, it would take you six minutes to fall to the surface! That would be a fantastic ride.

Like Jupiter and Saturn, Uranus has a ring system, too. They were discovered by accident in 1997 astronomers were observing Uranus pass directly in front of a star. They were hoping to use this to gather information about the planet&rsquos atmosphere as starlight passed through it. But they saw several dips in starlight before the main event, which they realized were from rings around the planet.

The rings are made of dark particles, probably ice and reddish organic molecules. There are 13 rings known, most of them are very faint and narrow. They may have been created by an impact completely shattering a small moon orbiting Uranus, but as for now, the ring origins are unclear.

And then, finally, we have Neptune, the guardian of the solar system&rsquos nether regions. Neptune is an ice giant, like Uranus, and has a lot of similarities. Like its green brother, it probably has a rocky core surrounded by a thick icy mantle of water, ammonia, and methane. Above that is an atmosphere of hydrogen, helium, and methane.

But there are differences, too. Neptune is more massive than Uranus 17 times Earth&rsquos mass, versus just 14.5 for Uranus. Neptune is slightly smaller than Uranus, which means it&rsquos a lot denser. Also, while Uranus is teal, Neptune is a deep, rich azure&mdashI like to call it &ldquothe other blue planet&rdquo, the first one being, y&rsquoknow, Earth. Through a telescope, Neptune&rsquos color is quite lovely. It has roughly the same amount of red-light-absorbing methane in its atmosphere, as Uranus does. So its deeper blue hue is something of a mystery.

That may have to do with its active atmosphere. Unlike blander Uranus, Neptune has clouds of methane, ammonia, and hydrogen sulfide lying the skies at different depths, and white streaky clouds were seen during the Voyager 2 flyby in 1989. They looked whipped by wind, and for good reason: Sustained wind speeds in Neptune&rsquos atmosphere have been clocked at over 2000 kph: Faster than the speed of sound on Earth! It&rsquos thought that the low temperatures in the atmosphere reduce friction, allowing the winds to gather to such amazing speeds.

Voyager saw a huge storm marring Neptune&rsquos face, called&mdashfor some reason&mdashthe Great Dark Spot. A few years later, when Hubble was used to observe the planet, the spot was gone, but others had appeared. They&rsquore probably vortices, cyclones, which allow us to see through the upper atmosphere and peer farther into Neptune&rsquos depths.

Neptune has a magnetic field, and like Uranus, it&rsquos offset from the planet&rsquos center. Perhaps that icy mantle is at work, somehow interfering with the generation of the magnetic fields in both planets.

Neptune has rings, too, but SHOCKER, they&rsquore weird. There are three main rings two narrow and one broad. They&rsquore clumpy, and have bright stretches that make the rings look more like incomplete arcs. It&rsquos possible those arcs are being constrained by small moonlets near the rings.

Speaking of which, Neptune has over a dozen known moons. Most are quite small, but one, Triton, is by far the largest. At 2700 kilometers across it&rsquos smaller than our own Moon, but the rest of them are really dinky. Triton orbits around Neptune backwards, retrograde. As we&rsquoll learn in a future episode, there&rsquos a repository of giant iceballs out past Neptune, so Triton was probably one of those that got too close to Neptune and was captured by its gravity.

Most of what we know about Triton came from a single flyby of Voyager 2 in 1989, and only about 40% of the surface was seen. But this quick glimpse revealed a weird little moon. The surface is covered in nitrogen ice, as well as water and carbon dioxide ice. It&rsquos really flat, and has very few craters, meaning something resurfaced it in geologically recent times. Most likely this was from cryovolcanoes, cold volcanism that is, volcanoes where water and ammonia take the place of lava there.

Also, Triton has been seen to have active geysers of nitrogen erupting from its surface! They&rsquore probably due to warming from the Sun, and they make Triton one of the few objects in the solar system seen to be geologically active. It also has a very thin atmosphere of nitrogen, probably due to evaporation from the surface.

After all this, Neptune is special in another way, too.

Neptune is faint, and can only be seen telescopically. It was discovered in 1846, and it wasn&rsquot an accident. Over the decades, astronomers observed Uranus, and found something weird: It wasn&rsquot where it was supposed to be. Over time, its predicted position was off from where it actually was. The French mathematician Urbain Le Verrier concluded that this was due to an unseen planet, and was able to use the mathematics of orbital mechanics to predict where the new planet would be. He sent a letter with the predicted position to the Berlin Observatory. Astronomer Johann Galle read the letter, went right out and found the planet that very night. Neptune was within a degree of the predicted spot.

Amazingly, another mathematician, Englishman John Couch Adams, had also worked on the math and had made a similar prediction -- but Le Verrier beat him by two days.

Two. Days. Of such tight races are fame made in science.

Interestingly, over time, Neptune seemed to wander from its predicted position as well. A ninth massive planet was predicted, leading to a grand search that resulted in the discovery of Pluto. But Pluto was far too small to affect Neptune. When Voyager passed both Uranus and Neptune, it found the masses of the planets were different than what had been measured from Earth. When the new masses were used in the orbital equations, Uranus and Neptune were right where they were supposed to be. It helps to have the right numbers to plug into your equations.

Pluto, therefore, was found by accident. That means Neptune is the only planet in the solar system found via math.

See? Your algebra teacher was right: Someday this stuff will be important.

Today you learned that Uranus and Neptune are ice giants, with small rocky cores, thick mantles of ammonia, water, and methane, and atmospheres that make them look greenish and blue. Uranus has relatively dull weather, while Neptune has clouds and storms whipped by tremendous winds. Both have rings and moons, with Neptune&rsquos Triton probably being a captured ice ball that has active geology.

Crash Course Astronomy is produced in association with PBS Digital Studios. Head on over to their YouTube channel for even more cool videos. This episode was written by me, Phil Plait. The script was edited by Blake de Pastino, and our consultant is Dr. Michelle Thaller. It was directed by Nicholas Jenkins, and our editor and script supervisor is Nicole Sweeney. The sound designer was Michael Aranda, and the graphics team is Thought Café.

tab to toggle keyboard shortcuts.
[ (left bracket): go back five seconds
] (right bracket): go forward five seconds
= (equals): insert a timestamp
(backslash): play or pause the video

Flagging a point in the video using (?) will make it easier for other users to help transcribe. Use it if you're unsure what's being said or if you're unsure how to spell what's being said.


Unresolved magnetic mystery of Uranus and Neptune

Uranus And Neptune Both have completely distorted magnetic fields, probably due to the special internal structure of the planet. However, new experiments by ETH Zurich researchers show that the mystery remains unsolved.

Two large gas giant planets, Uranus and Neptune, have strange magnetic fields. Each of these is strongly tilted with respect to the planet’s axis of rotation and is significantly offset from the planet’s physical center. The reason for this has been a long-standing mystery in planetary science. Various theories assume that the unique internal structure of these planets may be responsible for this strange phenomenon. According to these theories, a distorted magnetic field is caused by circulation in a convection zone of conductive fluid. This convection zone surrounds a stable, layered, non-convection zone. Due to its high viscosity, this layer has no material circulation and no contribution to the magnetic field.

Abnormal condition

Computer simulations show that the main components of Uranus and Neptune, water and ammonia, become anomalous at very high pressures and temperatures. This is a “superionic state” that has both solid and liquid properties. In this state, hydrogen ions can move within the lattice structure formed by oxygen or nitrogen.

Recent experimental studies have theoretically confirmed that superionized water may be present at a depth where stable layered regions are located. Therefore, the layered layer may be formed by superionic components. However, it is unclear whether convection can actually be suppressed because the physical characteristics of the superionic state are unknown.

High pressure in the smallest space

Tomoaki Kimura and Motohiko Murakami of the ETH Zurich School of Earth Sciences are one step closer to finding the answer. Two researchers conducted high-pressure and high-temperature experiments using ammonia in the laboratory. The purpose of the experiment was to determine the elasticity of the superionic material. Elasticity is one of the most important physical properties that affect the thermal convection of the planet’s mantle. It is worth noting that the elasticity of solid and liquid materials is completely different.

For their research, researchers used a high-pressure device called a diamond anvil cell. In this device, ammonia is placed in a small container about 100 micrometers in diameter and clamped between two diamond chips that compress the sample. This allows the material to be exposed to the very high pressures found inside Uranus and Neptune.

Then heat the sample to 2,000 degrees or higher. Celsius With an infrared laser. At the same time, a green laser beam illuminates the sample. By measuring the wave spectrum of scattered green laser light, researchers can determine the elasticity of a material and the chemical bonds of ammonia. Wave spectrum shifts at different pressures and temperatures can be used to determine the elasticity of ammonia at different depths.

A new phase has been discovered

As a result of the measurement, Kimura and Murakami discovered a new superionic ammonia phase (γ phase) that shows elasticity similar to that of the liquid phase. This new stage occurs there because it may be stable deep inside Uranus and Neptune. However, because superionic ammonia behaves like a liquid, it is not viscous enough to contribute to the formation of a non-convection zone.

The question of what properties superionized water has inside Uranus and Neptune is becoming more and more urgent in the light of new results. Even now, the mystery of why the two planets have such irregular magnetic fields remains unsolved.

Reference: “Fluid-like elastic response of superionic NH3 In Uranus and Neptune ”Tomoaki Kimura and Motohiko Murakami, March 31, 2021 Minutes of the National Academy of Sciences..
DOI: 10.1073 / pnas.2021810118