عملاق جليدي

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة
صورة لكوكب أورانوس التقطتها المركبة الفضائية فوياجر 2 في يناير 1986
صورة لكوكب نبتون التقطتها المركبة الفضائية فوياجر 2 في أغسطس 1989

الكوكب الجليدي العملاق هو كوكب ضخم يتكون أساسًا من عناصر أثقل من الهيدروجين والهيليوم ، مثل الأكسجين والكربون والنيتروجين والكبريت . يوجد كوكبان جليديان عملاقان في المجموعة الشمسية : أورانوس ونبتون .

في الفيزياء الفلكية وعلوم الكواكب ، يشير مصطلح "الجليد" إلى المركبات الكيميائية المتطايرة التي تزيد درجة تجمدها عن 100 كلفن تقريبًا ، مثل الماء والأمونيا والميثان ، والتي تبلغ درجة تجمدها 273 كلفن (0 درجة مئوية)، و195 كلفن (-78 درجة مئوية)، و91 كلفن (-182 درجة مئوية) على التوالي. في تسعينيات القرن الماضي، تم تحديد (بشكل أساسي بواسطة المركبة الفضائية فوياجر 2 ) أن أورانوس ونبتون يُمثلان فئة متميزة من الكواكب العملاقة، منفصلة عن الكواكب العملاقة الأخرى، المشتري وزحل ، وهي كواكب غازية عملاقة تتكون في الغالب من الهيدروجين والهيليوم. [ 1 ]       

يُشار الآن إلى نبتون وأورانوس باسم العملاقين الجليديين . ونظرًا لافتقارهما إلى أسطح صلبة محددة المعالم، فهما يتكونان بشكل أساسي من غازات وسوائل. كانت مركباتهما المكونة لهما صلبة عندما اندمجت فيهما أثناء تكوينهما، إما مباشرةً على شكل جليد أو محصورة في جليد الماء. اليوم، لم يتبقَّ سوى القليل جدًا من الماء في أورانوس ونبتون على شكل جليد. وبدلًا من ذلك، يوجد الماء بشكل أساسي كسائل فوق حرج عند درجات الحرارة والضغوط داخل هذين الكوكبين. [ 2 ] يتكون أورانوس ونبتون من حوالي 20% فقط من الهيدروجين والهيليوم من حيث الكتلة، مقارنةً بالعملاقين الغازيين في المجموعة الشمسية ، المشتري وزحل، اللذين يتكونان من أكثر من 90% من الهيدروجين والهيليوم من حيث الكتلة.

مصطلحات

في عام ١٩٥٢، صاغ كاتب الخيال العلمي جيمس بليش مصطلح " العملاق الغازي" [٣]، وكان يُستخدم للإشارة إلى الكواكب الكبيرة غير الأرضية في المجموعة الشمسية. مع ذلك، ومنذ أواخر أربعينيات القرن العشرين [٤]، أصبح من المعروف أن تركيب أورانوس ونبتون يختلف اختلافًا كبيرًا عن تركيب المشتري وزحل . فهما يتكونان أساسًا من عناصر أثقل من الهيدروجين والهيليوم ، مما يجعلهما نوعًا منفصلًا تمامًا من الكواكب العملاقة . ولأن أورانوس ونبتون ، أثناء تكوينهما ، دمجا مادتهما إما على شكل جليد أو غاز محصور في جليد الماء، فقد شاع استخدام مصطلح " العملاق الجليدي" . [ 2 ] [ 4 ] قال كاران مولافرديخاني: "في أوائل سبعينيات القرن العشرين، أصبح المصطلح شائعًا في مجتمع الخيال العلمي، على سبيل المثال، بوفا (1971)، [ 5 ] ولكن من المرجح أن يكون أول استخدام علمي للمصطلح من قبل دان وبرجس (1978) [ 6 ] في تقرير لوكالة ناسا." [ 7 ]

تشكيل

من المتعارف عليه أن الكواكب الأرضية في المجموعة الشمسية قد تشكلت من خلال تراكم الكويكبات الصغيرة نتيجة تصادمها داخل القرص الكوكبي الأولي . أما الكواكب الغازية العملاقة - المشتري وزحل ، بالإضافة إلى الكواكب الخارجية المقابلة لها - فيُعتقد أنها قد شكلت نوى صلبة بكتلة تقارب 10 أضعاف كتلة الأرض ( M 🜨 ) من خلال العملية نفسها، مع تراكم أغلفة غازية من السديم الشمسي المحيط بها على مدى بضعة ملايين إلى عدة ملايين من السنين ( Ma )، [ 8 ] [ 9 ] على الرغم من اقتراح نماذج بديلة لتكوين النوى تعتمد على تراكم الحصى مؤخرًا. [ 10 ] وقد تكون بعض الكواكب العملاقة الخارجية قد تشكلت بدلاً من ذلك عبر عدم استقرار القرص الجاذبي. [ 9 ] [ 11 ]

يُعدّ تكوّن أورانوس ونبتون عبر عملية مماثلة لتراكم النواة أكثر تعقيدًا. إذ كانت سرعة الإفلات للكواكب الأولية الصغيرة، التي تبعد حوالي 20 وحدة فلكية عن مركز النظام الشمسي، تُقارب سرعاتها النسبية . ولو عبرت هذه الأجرام مدارات زحل أو المشتري، لكانت عُرضةً للانحراف في مسارات زائدية تُقذفها خارج النظام. كما كان من المُرجّح أن تُدمج هذه الأجرام، عند اجتذابها من قِبل الكواكب الغازية العملاقة، في كواكب أكبر أو أن تُقذف في مدارات مُذنبات. [ 11 ]

على الرغم من صعوبة نمذجة تكوينها، فقد لوحظ وجود العديد من النجوم المرشحة لتكون عمالقة جليدية تدور حول نجوم أخرى منذ عام 2004. وهذا يشير إلى أنها قد تكون شائعة في مجرة ​​درب التبانة . [ 2 ]

الهجرة

بالنظر إلى التحديات المدارية التي ستواجهها الكواكب الأولية التي تبعد 20 وحدة فلكية أو أكثر عن مركز النظام الشمسي، فإن الحل البسيط هو أن الكواكب الجليدية العملاقة تشكلت بين مداري المشتري وزحل قبل أن تتشتت بفعل الجاذبية إلى مداراتها الأبعد الآن. [ 11 ]

عدم استقرار القرص

قد يؤدي عدم استقرار القرص الكوكبي الأولي بفعل الجاذبية إلى تكوين العديد من الكواكب الغازية العملاقة الأولية على مسافات تصل إلى 30 وحدة فلكية. وقد تؤدي المناطق ذات الكثافة الأعلى قليلاً في القرص إلى تكوين تجمعات تنهار في النهاية لتصل إلى كثافات الكواكب. [ 11 ] حتى القرص الذي يعاني من عدم استقرار جاذبي طفيف قد يُنتج كواكب أولية على مسافة تتراوح بين 10 و30 وحدة فلكية في غضون ألف عام. وهذا أقصر بكثير من الفترة الزمنية اللازمة لتكوين الكواكب الأولية من خلال تراكم نواة السحابة، والتي تتراوح بين 100,000 و1,000,000 عام، مما قد يجعلها ممكنة حتى في الأقراص قصيرة العمر، والتي لا تدوم إلا لبضعة ملايين من السنين. [ 11 ]

تكمن إحدى مشكلات هذا النموذج في تحديد العوامل التي حافظت على استقرار القرص قبل حدوث عدم الاستقرار. ثمة آليات محتملة عديدة تسمح بحدوث عدم الاستقرار الجاذبي أثناء تطور القرص. قد يؤدي اقتراب نجم أولي آخر إلى زيادة جاذبية القرص المستقر. من المرجح أن يحتوي القرص المتطور مغناطيسيًا على مناطق ميتة مغناطيسيًا، نتيجة لدرجات متفاوتة من التأين ، حيث يمكن أن تتراكم الكتلة التي تحركها القوى المغناطيسية، لتصبح في النهاية غير مستقرة جاذبيًا بشكل هامشي. قد يتراكم القرص الكوكبي الأولي المادة ببطء، مما يتسبب في فترات قصيرة نسبيًا من عدم الاستقرار الجاذبي الهامشي ونوبات من تجميع الكتلة، تليها فترات تنخفض فيها كثافة السطح إلى ما دون المستوى المطلوب للحفاظ على عدم الاستقرار. [ 11 ]

التبخر الضوئي

تشير ملاحظات التبخر الضوئي للأقراص الكوكبية الأولية في عنقود أوريون شبه المنحرف بواسطة الأشعة فوق البنفسجية الشديدة المنبعثة من النجم θ 1 Orionis C إلى آلية أخرى محتملة لتكوين الكواكب العملاقة الجليدية. فقد تكونت الكواكب الأولية العملاقة الغازية ، التي تعادل كتلتها عدة أضعاف كتلة المشتري، قد تشكلت بسرعة نتيجة لعدم استقرار القرص قبل أن تُنزع معظم أغلفة الهيدروجين عنها بفعل الأشعة فوق البنفسجية الشديدة المنبعثة من نجم ضخم قريب. [ 11 ]

في سديم كارينا ، تبلغ تدفقات الأشعة فوق البنفسجية القصوى حوالي 100 ضعف مثيلتها في سديم الجبار في شبه المنحرف . وتوجد أقراص كوكبية أولية في كلا السديمين. وتزيد تدفقات الأشعة فوق البنفسجية القصوى الأعلى من احتمالية تكوّن الكواكب العملاقة الجليدية. كما أن زيادة قوة الأشعة فوق البنفسجية القصوى من شأنها أن تزيد من إزالة الأغلفة الغازية من الكواكب الأولية قبل أن تنهار بشكل كافٍ لمقاومة المزيد من الفقدان. [ 11 ]

صفات

توضح هذه الرسوم التوضيحية نماذج داخلية للكواكب العملاقة. تغطي طبقة سميكة من الهيدروجين المعدني النوى الكوكبية للكواكب الغازية العملاقة المشتري وزحل ، بينما تتكون أغلفة الكواكب الجليدية العملاقة أورانوس ونبتون من عناصر أثقل.

تمثل الكواكب الجليدية العملاقة إحدى فئتين مختلفتين جذرياً من الكواكب العملاقة الموجودة في النظام الشمسي ، أما الفئة الأخرى فهي الكواكب الغازية العملاقة الأكثر شيوعاً ، والتي تتكون من أكثر من 90% من الهيدروجين والهيليوم (من حيث الكتلة). يُعتقد أن الهيدروجين في الكواكب الغازية العملاقة يمتد حتى أعماقها الصخرية، حيث يتحول أيون الهيدروجين الجزيئي إلى هيدروجين فلزي تحت ضغوط هائلة تصل إلى مئات الجيجا باسكال (GPa). [ 2 ]

تتكون الكواكب الجليدية العملاقة بشكل أساسي من عناصر أثقل . وبناءً على وفرة العناصر في الكون، يُرجح أن يكون الأكسجين والكربون والنيتروجين والكبريت هي العناصر الأكثر شيوعًا . ورغم أن هذه الكواكب تمتلك أغلفة هيدروجينية ، إلا أنها أصغر بكثير، إذ لا تشكل سوى أقل من 20% من كتلتها. كما أن هيدروجينها لا يصل أبدًا إلى الأعماق اللازمة لتوليد الضغط اللازم لتكوين الهيدروجين المعدني. [ 2 ] ومع ذلك، فإن هذه الأغلفة تحدّ من رصد باطن الكواكب الجليدية العملاقة، وبالتالي من المعلومات المتاحة حول تركيبها وتطورها. [ 2 ]

على الرغم من أن أورانوس ونبتون يُشار إليهما بالكواكب العملاقة الجليدية، يُعتقد أن هناك محيطًا من الماء والأمونيا فوق الحرج تحت غيومهما، والذي يمثل حوالي ثلثي كتلتهما الإجمالية. [ 12 ] [ 13 ]

الغلاف الجوي والطقس

تتشابه الطبقات الغازية الخارجية للكواكب الجليدية العملاقة مع نظيراتها الغازية العملاقة في عدة جوانب. وتشمل هذه الجوانب رياحًا استوائية طويلة الأمد وعالية السرعة، ودوامات قطبية ، وأنماط دوران واسعة النطاق، وعمليات كيميائية معقدة مدفوعة بالأشعة فوق البنفسجية القادمة من الأعلى والمختلطة مع الغلاف الجوي السفلي. [ 2 ]

تُسهم دراسة الأنماط الجوية للكواكب الجليدية العملاقة في فهم فيزياء الغلاف الجوي . إذ تُعزز تركيباتها عمليات كيميائية مختلفة ، كما أنها تتلقى كمية أقل بكثير من ضوء الشمس في مداراتها البعيدة مقارنةً بأي كوكب آخر في المجموعة الشمسية (مما يزيد من أهمية التسخين الداخلي في أنماط الطقس). [ 2 ]

أكبر معلم مرئي على نبتون هو البقعة المظلمة العظيمة المتكررة . تتشكل هذه البقعة وتتلاشى كل بضع سنوات، على عكس البقعة الحمراء العظيمة على كوكب المشتري ، والتي تُشابهها في الحجم، والتي استمرت لقرون. من بين جميع الكواكب العملاقة المعروفة في المجموعة الشمسية، يُصدر نبتون أكبر قدر من الحرارة الداخلية لكل وحدة من ضوء الشمس الممتص، بنسبة تقارب 2.6. أما زحل ، ثاني أكبر مُصدر للحرارة، فتبلغ نسبته حوالي 1.8 فقط. يُصدر أورانوس أقل قدر من الحرارة، عُشر ما يُصدره نبتون. يُعتقد أن هذا قد يكون مرتبطًا بميل محوره الشديد بزاوية 98 درجة. هذا الميل يجعل أنماطه الموسمية مختلفة تمامًا عن أنماط أي كوكب آخر في المجموعة الشمسية. [ 2 ]

لا تزال النماذج الكاملة التي تفسر الخصائص الجوية المرصودة في الكواكب الجليدية العملاقة غير متوفرة. [ 2 ] سيساعد فهم هذه الخصائص في توضيح كيفية عمل أغلفة الكواكب العملاقة بشكل عام. [ 2 ] وبالتالي، يمكن أن تساعد هذه الرؤى العلماء على التنبؤ بشكل أفضل ببنية الغلاف الجوي وسلوك الكواكب الخارجية العملاقة المكتشفة بالقرب من نجومها المضيفة ( الكواكب المجنحة ) والكواكب الخارجية ذات الكتل والأقطار المتوسطة بين الكواكب العملاقة والكواكب الأرضية الموجودة في النظام الشمسي. [ 2 ]

التصميم الداخلي

بسبب أحجامها الكبيرة وموصلية الحرارة المنخفضة، تتراوح الضغوط الداخلية للكواكب حتى عدة مئات من الجيجا باسكال ودرجات الحرارة حتى عدة آلاف من الكلفن (K). [ 14 ]

في مارس 2012، تبيّن أن معامل انضغاط الماء المستخدم في نماذج الكواكب الجليدية العملاقة قد يكون غير دقيق بمقدار الثلث. [ 15 ] هذه القيمة مهمة لنمذجة الكواكب الجليدية العملاقة، ولها تأثير بالغ على فهمها. [ 15 ]

المجالات المغناطيسية

يتميز كل من أورانوس ونبتون بحقول مغناطيسية غير عادية، حيث يكونان منحرفين ومائلين بشكل غير معتاد. [ 16 ] تتراوح شدة مجاليهما المغناطيسيين بين شدة مجالي الكواكب الغازية العملاقة والكواكب الأرضية، إذ تبلغ 50 و25 ضعف شدة مجال الأرض المغناطيسي على التوالي. وتبلغ شدة المجال المغناطيسي الاستوائي لأورانوس ونبتون 75% و45% على التوالي من شدة المجال المغناطيسي للأرض البالغة 0.305 غاوس. [ 16 ] ويُعتقد أن مجاليهما المغناطيسيين ينشآن من غلاف جليدي سائل متأين ومتحرك. [ 16 ]

استكشاف

ماضي

المقترحات

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ دانجيلو، جي.؛ وايدنشيلينغ، إس. جيه.؛ ليسور، جيه. جيه.؛ بودينهايمر، بي. (2021). "نمو كوكب المشتري: تكوينه في أقراص من الغاز والمواد الصلبة وتطوره حتى العصر الحالي". إيكاروس . 355 114087. arXiv : 2009.05575 . Bibcode : 2021Icar..35514087D . doi : 10.1016/j.icarus.2020.114087 . S2CID 221654962 . 
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 هوفستاتر، مارك (2011). "أغلفة الكواكب الجليدية العملاقة، أورانوس ونبتون" (ملف PDF) . ورقة بيضاء للمسح العشري لعلوم الكواكب . المجلس الوطني للبحوث الأمريكي : 1-2 . تاريخ الاسترجاع: 18 يناير 2015 .
  3. ↑ "العملاق الغازي" . القاموس التاريخي للخيال العلمي .
  4. 1 2 مارلي، مارك (2 أبريل 2019). "ليس قلبًا من جليد" . الجمعية الكوكبية .
  5. ↑ بوفا، بن، محرر. (1971). عوالم الخيال العلمي المتعددة . نيويورك: إي بي داتون . ISBN 978-0-525-34550-3.
  6. ↑ دون، جيمس أ.؛ بورغيس، إريك (1978). رحلة مارينر 10: مهمة إلى الزهرة وعطارد (ملف PDF) . قسم المعلومات العلمية والتقنية، الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا). OCLC 3543300 . 
  7. ↑ مولافرديخاني، كاران (2019). "من الكواكب الخارجية الغازية المشعة الباردة إلى الساخنة: نحو مخطط تصنيف قائم على الملاحظة" . المجلة الفيزيائية الفلكية . 873 (1): 32. arXiv : 1809.09629 . Bibcode : 2019ApJ...873...32M . doi : 10.3847/1538-4357/aafda8 . S2CID 119357572 . 
  8. ↑ ليسور، ج. ج.؛ هوبيكي، أ.؛ دانجيلو، ج.؛ بودينهايمر، ب. (2009). "نماذج نمو كوكب المشتري مع مراعاة القيود الحرارية والهيدروديناميكية". إيكاروس . 199 (2): 338-350 . arXiv : 0810.5186 . Bibcode : 2009Icar..199..338L . doi : 10.1016/j.icarus.2008.10.004 . S2CID 18964068 . 
  9. 1 2 دانجيلو، جينارو؛ دوريسن، ريتشارد هـ.؛ ليسور، جاك ج. (ديسمبر 2010). "تكوين الكواكب العملاقة". في سيجر، سارة (محرر). الكواكب الخارجية . مطبعة جامعة أريزونا. ص 319-346 . arXiv : 1006.5486 . Bibcode : 2010exop.book..319D . ISBN  978-0-8165-2945-2.
  10. ↑ ليفيسون، هارولد ف.؛ كريتك، كاثرين أ.؛ دنكان، مارتن ج. (2015). "نمو الكواكب الغازية العملاقة من خلال التراكم التدريجي للحصى". مجلة نيتشر . 524 (7565): 322-324 . arXiv : 1510.02094 . Bibcode : 2015Natur.524..322L . doi : 10.1038/nature14675 . PMID: 26289203. S2CID : 4458098 .  
  11. بوس ، آلان ب . (ديسمبر 2003). "التكوين السريع للكواكب العملاقة الخارجية نتيجة عدم استقرار القرص" . المجلة الفيزيائية الفلكية . 599 ( 1 ) : 577-581 . Bibcode : 2003ApJ...599..577B . doi : 10.1086 / 379163 . ISSN 0004-637X . ، §1–2
  12. ↑ "وكالة ناسا تُكمل دراسة مفاهيم مهمات "العملاق الجليدي" المستقبلية" . مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا (JPL) . 20 يونيو 2017.
  13. ↑ ريه، كيم؛ هوفستاتر، مارك؛ إليوت، جون؛ سيمون، إيمي (24 أبريل 2017). نحو عمالقة الجليد؛ ملخص دراسة ما قبل العقد . الجمعية العامة للاتحاد الأوروبي لعلوم الأرض 2017. مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا . فيينا، النمسا. hdl : 2014/47839 .
  14. ↑ نيليس، ويليام (27 فبراير 2012). "رؤية أعماق الكواكب العملاقة الجليدية" . الفيزياء . 5 (25) 25. Bibcode : 2012PhyOJ...5...25N . doi : 10.1103/Physics.5.25 . ISSN 1943-2879 . 
  15. 1 2 "باطن الكواكب العملاقة الجليدية" . مجلة علم الأحياء الفلكي . 23 مارس 2012. مؤرشف من الأصل في 2012-05-03.
  16. 1 2 3 توماس، قسطنطين (1994). "طبيعة وأصل المجالات المغناطيسية" . evildrganymede.net .
  17. ^ كريستوف، برونو. سبيلكر، LJ. أندرسون، دينار؛ أندريه، ن.؛ أسمر، جنوب غرب؛ أورنو، J.؛ بانفيلد، د.؛ باروتشي، أ. بيرتولامي، O .؛ بينغهام، ر. براون، ف. سيكوني، ب. كورتي، J.-M؛ ديتوس، H .؛ فليتشر، LN. فولون، ب. فرانسيسكو، ف.؛ جيل، نقابة الصحفيين الفلسطينيين؛ جلاسمير، خ. جراندي، دبليو؛ هانسن، C.؛ هيلبرت، J.؛ هيلد، ر. هوسمان، H.؛ لامين، ب. لاميرزال، C .؛ لامي، ل.؛ ليهوك، ر. لينوار، ب. ليفي، أ.؛ أورتن، ج. باراموس، J.؛ بونسي، J.؛ بوستبيرج، ف. بروغريبينكو، SV. ريه، KR. رينو، س.؛ روبرت، س.؛ سامين، إ.؛ ساور، ج.؛ ساياناغي، ك.م.؛ شميتز، ن.؛ سيليغ، هـ.؛ سول، ف.؛ سبيكر، ت.ر.؛ سراما، ر.؛ ستيفان، ك.؛ توبول، ب.؛ وولف، ب. (8 يوليو 2012). "OSS (النظام الشمسي الخارجي): مهمة فيزيائية أساسية وكوكبية إلى نبتون، وتريتون، وحزام كايبر" (ملف PDF) . علم الفلك التجريبي . 34 (2). سبرينغر: 203-242 . arXiv : 1106.0132 . Bibcode : 2012ExA....34..203C . doi : 10.1007/s10686-012-9309-y . S2CID 55295857 . تمت أرشفة النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 26 مايو 2019. تم الاطلاع عليها بتاريخ 26 مايو 2019 – عبر مختبر UCLA لمحاكاة البيئات الداخلية للكواكب.