Tại sao Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương có nhiều khí mê-tan hơn Sao Mộc và Sao Thổ?

Vì vậy, lý thuyết tiêu chuẩn của tinh vân mặt trời là trong khu vực của các hành tinh khí, băng và đá có thể ngưng tụ để hình thành các hành tinh, sau đó có thể tích tụ Hydrogen và Helium để tạo thành các khối khí khổng lồ. Các hành tinh khổng lồ chủ yếu là hydro và heli, nhưng Thiên vương tinh và Hải vương tinh có lượng hợp chất hydro tương đối lớn như metan (đó là thứ mang lại cho chúng màu sắc của chúng).

Câu hỏi của tôi là tại sao điều đó xảy ra? Làm thế nào mà Thiên vương tinh và Hải vương tinh có được khí mê-tan của họ? Ấn tượng của tôi là tất cả những người khổng lồ khí đã đủ để khí metan ngưng tụ thành băng, vậy làm thế nào mà Thiên vương tinh và Hải vương kết thúc tốt hơn với khí mêtan?

Tại sao Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương có nhiều khí mê-tan hơn Sao Mộc và Sao Thổ?

Đó là sự kết hợp của các phương trình trạng thái ( EOS ), serpentinization và trộn (quay và đối lưu) ưu tiên một số phản ứng (và các hợp chất kết quả) so với các phản ứng khác.

Xem các tài liệu tham khảo dưới đây.

Các hành tinh khổng lồ chủ yếu là hydro và heli, nhưng Thiên vương tinh và Hải vương tinh có lượng hợp chất hydro tương đối lớn như metan (đó là thứ mang lại cho chúng màu sắc của chúng).

Sao Mộc và Sao Thổ là những người khổng lồ khí , Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương là những người khổng lồ băng .

Câu hỏi của tôi là tại sao điều đó xảy ra? Làm thế nào mà Thiên vương tinh và Hải vương tinh có được khí mê-tan của họ? Ấn tượng của tôi là tất cả những người khổng lồ khí đã đủ để khí metan ngưng tụ thành băng, vậy làm thế nào mà Thiên vương tinh và Hải vương kết thúc tốt hơn với khí mêtan?

Xem " Khí quyển ngoài trái đất " của Wikipedia :

^{Đồ thị vận tốc thoát so với nhiệt độ bề mặt của một số vật thể trong Hệ Mặt trời cho thấy loại khí nào được giữ lại. Các đối tượng được vẽ theo tỷ lệ và các điểm dữ liệu của chúng nằm ở các chấm đen ở giữa. Dữ liệu dựa trên " Bài giảng 5: Tổng quan về Hệ mặt trời, Vấn đề cân bằng nhiệt động lực học " và " Câu hỏi thường gặp của Stargazer's - Chính xác thì khí quyển được giữ như thế nào? ".}

Wikipedia nói rất ít về bầu không khí của các hành tinh này, và ít nhất về Thiên vương tinh và Hải vương tinh:

• Khí quyển của Sao Mộc :

  "Không có mây metan vì nhiệt độ quá cao để nó ngưng tụ." - Nguồn: " Các đám mây amoniac của sao Mộc - cục bộ hay có mặt khắp nơi? " (Ngày 9 tháng 4 năm 2004), bởi SKAtreya, ASWong, KHBaines, MHWong và TCOwen.

  Trích dẫn từ bài báo:

  Trang 502: "Để sản xuất hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs), hóa học bắt đầu bằng việc phá hủy metan (CH$_4$) bởi các photon UV mặt trời tại $\lambda \le$160nm, cuối cùng dẫn đến sự hình thành của benzen ($c$-C$_6$H$_6$hoặc A$_1$) và các hydrocacbon phức tạp khác (Hình 3). Ở các vùng cực quang nơi các hạt năng lượng cũng phân hủy metan, hóa học ion trở nên chiếm ưu thế trong việc sản xuất benzen và hydrocacbon nặng (Wong và đồng sự, 2003, và Hình 3). ".

• Khí quyển của Sao Thổ :

  "Bức xạ cực tím từ Mặt trời gây ra hiện tượng quang điện metan ở tầng khí quyển phía trên, dẫn đến một loạt các phản ứng hóa học hydrocarbon với các sản phẩm thu được được đưa xuống bởi các sắc thái và khuếch tán. Chu kỳ quang hóa này được điều chỉnh theo chu kỳ theo mùa của Sao Thổ." - Nguồn: " Phân phối Ethane, acetylene và propane trong tầng bình lưu của Sao Thổ từ các quan sát chi của Cassini / CIRS " (tháng 11 năm 2008), bởi S. Guerlet, T. Fouchet và B. Bézard.

  Trích dẫn từ bài báo:

  Trang 406: " 3 Phương pháp

  Chúng tôi đã sử dụng mô hình chuyển bức xạ từng dòng để tính toán phổ tổng hợp. Nó bao gồm độ mờ từ CH$_4$, CH$_3$D, C$_2$H$_6$, C$_2$H$_2$, C$_3$H$_8$, C$_3$H$_4, C$_4$H$_2 và độ mờ do va chạm từ H2-He và H2-H2. Lưới khí quyển bao gồm [của] 360 lớp từ 10 bar đến 10−8 bar. Nó được kết hợp với một thuật toán đảo ngược được điều chỉnh từ Conrath et al. (1998), để lấy trạng thái khí quyển (nhiệt độ, cấu hình dọc hydrocarbon) từ quang phổ đo được.

  Vì cường độ phát xạ phân tử phụ thuộc vào cả độ phong phú và nhiệt độ của nó, chúng tôi đã tiến hành theo hai bước. Đầu tiên, chúng tôi lấy cấu hình dọc nhiệt độ từ dải phát xạ metan ν4 ở 1305 m$^{−1}$ (giả sử nó được trộn đều với vmr 4,5 x10$^{−3}$ (Flasar et al. 2005)), cung cấp thông tin trong 1 mbar - 2 $\mu$khu vực thanh.

  ...

  Hình 1 cho thấy một ví dụ về so sánh giữa các dải phát xạ tổng hợp và quan sát được của ethane, acetylene và propane ở hai mức áp suất nhất định (tất cả các mức áp suất khác nhau được CIRS thăm dò không được vẽ vì mục đích rõ ràng) và Hình 3 Tương ứng lấy hồ sơ. ".

Điều đó có nghĩa là các hợp chất phức tạp hơn metan được ưa chuộng bởi các điều kiện, xem các bình luận ở trên liên quan đến "phương trình trạng thái".

• Khí quyển của Thiên vương tinh và Hải vương tinh :

  "Các lớp khí bên ngoài của những người khổng lồ băng có một số điểm tương đồng với những người khổng lồ khí. Chúng bao gồm gió xích đạo tốc độ cao, tốc độ cao, xoáy cực, mô hình tuần hoàn quy mô lớn và các quá trình hóa học phức tạp được điều khiển bởi bức xạ cực tím từ bên trên và trộn với bầu khí quyển thấp hơn.

  Nghiên cứu mô hình khí quyển của người khổng lồ băng cũng đưa ra những hiểu biết sâu sắc về vật lý khí quyển. Các chế phẩm của chúng thúc đẩy các quá trình hóa học khác nhau và chúng nhận được ít ánh sáng mặt trời ở quỹ đạo xa hơn bất kỳ hành tinh nào khác trong Hệ Mặt trời (làm tăng sự liên quan của sưởi ấm bên trong đối với các kiểu thời tiết). ".

NASA Factheets - Thành phần khí quyển (theo thể tích, độ không chắc chắn trong ngoặc đơn):

• sao Mộc

  • Chuyên ngành: Phân tử hydro (H$_2$) - 89,8% (2,0%); Heli (Anh) - 10,2% (2,0%)

  • Nhỏ (ppm): Mêtan (CH$_4$) - 3000 (1000); Amoniac (NH$_3$) - 260 (40); Hydrogen Deuteride (HD) - 28 (10); Ethan (C$_2$H$_6$) - 5,8 (1,5); Nước (H$_2$O) - 4 (thay đổi theo áp suất)

  • Bình xịt: Nước đá amoniac, nước đá, amoniac hydrosulfide

• sao Thổ

  • Chuyên ngành: Phân tử hydro (H$_2$) - 96,3% (2,4%); Heli (Anh) - 3,25% (2,4%)

  • Nhỏ (ppm): Mêtan (CH$_4$) - 4500 (2000); Amoniac (NH$_3$) - 125 (75); Hydrogen Deuteride (HD) - 110 (58); Ethan (C$_2$H$_6$) - 7 (1.5)

  • Bình xịt: Nước đá amoniac, nước đá, amoniac hydrosulfide

• Sao Thiên Vương

  • Chuyên ngành: Phân tử hydro (H$_2$) - 82,5% (3,3%); Heli (He) - 15,2% (3,3%) Metan (CH$_4$) - 2,3%

  • Nhỏ (ppm): Hydrogen Deuteride (HD) - 148

  • Bình xịt: Băng amoniac, nước đá, amoniac hydrosulfide, băng metan (?)

• sao Hải vương

  • Chuyên ngành: Phân tử hydro (H$_2$) - 80,0% (3,2%); Heli (Anh) - 19,0% (3,2%); Mêtan (CH$_4$) 1,5% (0,5%)

  • Nhỏ (ppm): Hydrogen Deuteride (HD) - 192; Ethan (C$_2$H$_6$) - 1,5

  • Bình xịt: Băng amoniac, nước đá, amoniac hydrosulfide, băng metan (?)

Tham khảo thêm:

" Khí mê-tan trong hệ mặt trời " bằng tiếng Anh, (Bol. Soc. Geol. Mex [trực tuyến]. 2015, vol.67, n.3, tr.377-385.), Bởi Andrés Guzmán-Marmolejo và Antígona Segura.

" Sản xuất khí metan trong các hành tinh trên mặt đất " (Astrobiology. 2013 Jun; 13 (6): 550 Pha559), bởi Andrés Guzmán-Marmolejo, Antígona Segura và Elva Escobar-Briones.

" Khí metan clathrat trong hệ mặt trời " (Astrobiology. 2015 April; 15 (4): 308-26), bởi Mousis O, Chassefière E, Holm NG, bouquet A, Waite JH, et al.

NASA - " Các nhà khoa học mô hình một hành tinh khổng lồ của các hành tinh có kích thước trái đất " (24 tháng 9 năm 2007).