Почему на Уране и Нептуне больше метана, чем на Юпитере и Сатурне?

Почему на Уране и Нептуне больше метана, чем на Юпитере и Сатурне?

Это комбинация уравнений состояния ( УС ), серпентинизации и перемешивания (вращательного и конвективного), которая отдает предпочтение одним реакциям (и образующимся соединениям) над другими.

См. ссылки ниже.

Все планеты-гиганты в основном состоят из водорода и гелия, но Уран и Нептун содержат относительно большое количество водородных соединений, таких как метан (именно это придает им такой цвет).

Юпитер и Сатурн — газовые гиганты , Уран и Нептун — ледяные гиганты .

На мой вопрос почему так произошло? Как Уран и Нептун получили свой метан? У меня сложилось впечатление, что все газовые гиганты находились достаточно далеко, чтобы метан мог сконденсироваться в лед, так как же Уран и Нептун оказались преимущественно с метаном?

См. « Внеземная атмосфера » Википедии :

^{Графики скорости убегания в зависимости от температуры поверхности некоторых объектов Солнечной системы, показывающие, какие газы сохраняются. Объекты нарисованы в масштабе, а их точки данных находятся в черных точках посередине. Данные основаны на « Лекции 5: Обзор Солнечной системы, Материя в термодинамическом равновесии » и « Часто задаваемые вопросы Stargazer — Как именно удерживается атмосфера? ».}

Википедия мало говорит об атмосфере этих планет, и меньше всего об Уране и Нептуне:

• Атмосфера Юпитера :

  «Облаков метана нет, так как температура слишком высока для его конденсации». - Источник: « Облака аммиака на Юпитере — локальные или вездесущие? » (9 апреля 2004 г.), СКАтрея, А.С.Вонг, К.Х.Бейнс, М.Х.Вонг и Т.КОуэн.

  Цитаты из газеты:

  Страница 502: «Для производства полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) химия начинается с разрушения метана (CH$_4$) солнечными УФ-фотонами при$\lambda \le$160 нм, что в конечном итоге приводит к образованию бензола ($c$-С$_6$ЧАС$_6$, или А$_1$) и другие сложные углеводороды (рис. 3). В полярных полярных сияниях, где энергичные частицы также разрушают метан, ионная химия становится доминирующей в производстве бензола и тяжелых углеводородов (Wong et al., 2003, и рис. 3)".

• Атмосфера Сатурна :

  «Ультрафиолетовое излучение Солнца вызывает фотолиз метана в верхних слоях атмосферы, что приводит к серии химических реакций углеводородов, в результате чего образующиеся продукты уносятся вниз завихрениями и диффузией. Этот фотохимический цикл модулируется годовым сезонным циклом Сатурна». - Источник: « Распределение этана, ацетилена и пропана в стратосфере Сатурна по наблюдениям лимба Кассини/CIRS » (ноябрь 2008 г.), С. Герле, Т. Фуше и Б. Безар.

  Цитаты из газеты:

  Страница 406: " 3 Метод

  Мы использовали построчную модель переноса излучения для расчета синтетических спектров. Он включал непрозрачность от CH$_4$, CH$_3$ОКРУГ КОЛУМБИЯ$_2$ЧАС$_6$, С$_2$ЧАС$_2$, С$_3$ЧАС$_8$, С$_3$ЧАС$_4, C$_4$H$_2 и непрозрачность, вызванная столкновением, от H2-He и H2-H2. Атмосферная сетка состояла из 360 слоев от 10 бар до 10-8 бар. Это было связано с алгоритмом итеративной инверсии, адаптированным из Conrath et al. (1998), чтобы восстановить состояние атмосферы (температура, вертикальные профили углеводородов) из измеренных спектров.

  Поскольку интенсивность молекулярного излучения зависит как от его содержания, так и от температуры, мы действовали в два этапа. Во-первых, мы восстановили вертикальный профиль температуры по эмиссионной полосе метана ν4 на высоте 1305 м.$^{−1}$(при условии, что он равномерно перемешан с вмр 4,5х10$^{−3}$(Flasar et al. 2005)), предоставляя информацию в диапазоне 1 мбар - 2$\mu$Барский район.

  ...

  На рис. 1 показан пример сравнения синтетических и наблюдаемых полос излучения этана, ацетилена и пропана при двух заданных уровнях давления (для ясности все различные уровни давления, измеренные с помощью CIRS, не были нанесены на график), а на рис. полученные профили.».

Это означает, что условия благоприятствуют более сложным соединениям, чем метан, см. комментарии выше относительно «уравнений состояния».

• Атмосфера Урана и Нептуна :

  «Газовые внешние слои ледяных гигантов имеют некоторые сходства со слоями газовых гигантов. К ним относятся долгоживущие высокоскоростные экваториальные ветры, полярные вихри, крупномасштабные схемы циркуляции и сложные химические процессы, вызванные ультрафиолетовым излучением сверху. и смешение с нижними слоями атмосферы.

  Изучение структуры атмосферы ледяных гигантов также дает представление о физике атмосферы. Их состав способствует различным химическим процессам, и они получают гораздо меньше солнечного света на своих дальних орбитах, чем любые другие планеты Солнечной системы (что повышает значимость внутреннего нагрева для погодных условий)».

Информационные бюллетени НАСА - Состав атмосферы (по объему, неопределенность в скобках):

• Юпитер

  • Основные: молекулярный водород (H$_2$) - 89,8% (2,0%); Гелий (He) - 10,2% (2,0%)

  • Незначительный (ppm): метан (CH$_4$) - 3000 (1000); Аммиак (NH$_3$) - 260 (40); Дейтерид водорода (HD) - 28 (10); Этан (С$_2$ЧАС$_6$) - 5,8 (1,5); Вода (Н$_2$О) - 4 (зависит от давления)

  • Аэрозоли: аммиачный лед, водяной лед, гидросульфид аммиака.

• Сатурн

  • Основные: молекулярный водород (H$_2$) - 96,3% (2,4%); Гелий (He) - 3,25% (2,4%)

  • Незначительный (ppm): метан (CH$_4$) - 4500 (2000 г.); Аммиак (NH$_3$) - 125 (75); Дейтерид водорода (HD) - 110 (58); Этан (С$_2$ЧАС$_6$) - 7 (1,5)

  • Аэрозоли: аммиачный лед, водяной лед, гидросульфид аммиака.

• Уран

  • Основные: молекулярный водород (H$_2$) - 82,5% (3,3%); Гелий (He) - 15,2% (3,3%) Метан (CH$_4$) - 2,3%

  • Минор (млн): Дейтерид водорода (HD) - 148

  • Аэрозоли: аммиачный лед, водяной лед, гидросульфид аммиака, метановый лед(?)

• Нептун

  • Основные: молекулярный водород (H$_2$) - 80,0% (3,2%); Гелий (Не) - 19,0% (3,2%); Метан (СН$_4$) 1,5% (0,5%)

  • Минор (млн): Дейтерид водорода (HD) - 192; Этан (С$_2$ЧАС$_6$) - 1,5

  • Аэрозоли: аммиачный лед, водяной лед, гидросульфид аммиака, метановый лед(?)

Дополнительные ссылки:

« Метан в Солнечной системе » на английском языке (Bol. Soc. Geol. Mex [онлайн]. 2015, том 67, № 3, стр. 377-385.), Андрес Гусман-Мармолехо и Антигона Сегура.

« Абиотическое производство метана на планетах земной группы » (Astrobiology. 2013 Jun; 13 (6): 550–559), Андрес Гусман-Мармолехо, Антигона Сегура и Эльва Эскобар-Брионес.

« Клатраты метана в солнечной системе » (Astrobiology. 2015 Apr; 15 (4): 308-26), Мусис О., Шассефьер Э., Холм Н.Г., Буке А., Уэйт Дж. Х. и др.

НАСА - « Ученые моделируют рог изобилия планет размером с Землю » (24 сентября 2007 г.).