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Deep Atmosphere Composition, Structure, Origin, and Exploration, with Particular Focus on Critical in situ Science at the Icy Giants
Space Science Reviews ( IF 10.3 ) Pub Date : 2020-02-01 , DOI: 10.1007/s11214-020-0640-8
Sushil K. Atreya , Mark H. Hofstadter , Joong Hyun In , Olivier Mousis , Kim Reh , Michael H. Wong

A comprehensive exploration of Uranus and Neptune is essential to understand the formation and evolution of the giant planets, in particular, solar system, in general, and, by extension, a vast population of exoplanets. Though core accretion is generally favored over gravitational instability as the model of the formation of the gas giants, Jupiter and Saturn, observational constraints are presently lacking to make a compelling case for either in the case of the icy giants. Abundances of the heavy elements with mass exceeding that of helium provide the best constraints to the formation and migration models. For Uranus and Neptune, only the C elemental abundance has been determined from methane measurements, but should be considered as a lower limit considering methane is a condensible gas in the icy giants. Well-mixed water, ammonia and hydrogen sulfide to determine O, N and S elemental abundances, respectively, are too deep to measure by any observation technique. However, a precise measurement of the noble gases, He, Ne, Ar, Kr and Xe, together with their isotopic ratios, would circumvent the need for determining the above elements. Only entry probes are capable of measuring the noble gases, but those measurements can be done at relatively shallow pressure levels of 5-10 bars. Complementary observations from orbiter, especially the interior (gravity and magnetic field) and depth profiles of water and ammonia, would greatly enhance the data set for constraining the formation models. No new technology is required to carry out an orbiter-probe mission to either Uranus or Neptune in the next decade.

中文翻译:

深层大气成分、结构、起源和探索,特别关注冰巨人的关键原位科学

对天王星和海王星的全面探索对于了解巨行星的形成和演化至关重要,特别是太阳系,以及大量的系外行星。尽管作为气态巨行星(木星和土星)形成的模型,核心吸积通常比重力不稳定性更受青睐,但目前缺乏观测限制,无法为冰巨星的情况提供令人信服的理由。质量超过氦的重元素的丰度为形成和迁移模型提供了最好的约束。对于天王星和海王星,仅通过甲烷测量确定了 C 元素丰度,但考虑到甲烷是冰巨星中的可冷凝气体,因此应将其视为下限。混合好的水,氨和硫化氢分别用于确定 O、N 和 S 元素丰度的深度太深,无法通过任何观测技术进行测量。然而,对稀有气体 He、Ne、Ar、Kr 和 Xe 及其同位素比的精确测量将避免确定上述元素的需要。只有入口探头能够测量惰性气体,但这些测量可以在 5-10 巴的相对较浅的压力水平下进行。来自轨道飞行器的补充观测,特别是水和氨的内部(重力和磁场)和深度剖面,将大大增强用于约束地层模型的数据集。在接下来的十年中,执行对天王星或海王星的轨道飞行器探测任务不需要任何新技术。太深,无法通过任何观察技术进行测量。然而,对稀有气体 He、Ne、Ar、Kr 和 Xe 及其同位素比的精确测量将避免确定上述元素的需要。只有入口探头能够测量惰性气体,但这些测量可以在 5-10 巴的相对较浅的压力水平下进行。来自轨道飞行器的补充观测,特别是水和氨的内部(重力和磁场)和深度剖面,将大大增强用于约束地层模型的数据集。在接下来的十年中,执行对天王星或海王星的轨道飞行器探测任务不需要任何新技术。太深,无法通过任何观察技术进行测量。然而,对稀有气体 He、Ne、Ar、Kr 和 Xe 及其同位素比的精确测量将避免确定上述元素的需要。只有入口探头能够测量惰性气体,但这些测量可以在 5-10 巴的相对较浅的压力水平下进行。来自轨道飞行器的补充观测,特别是水和氨的内部(重力和磁场)和深度剖面,将大大增强用于约束地层模型的数据集。在接下来的十年中,执行对天王星或海王星的轨道飞行器探测任务不需要任何新技术。将规避确定上述要素的需要。只有入口探头能够测量惰性气体,但这些测量可以在 5-10 巴的相对较浅的压力水平下进行。来自轨道飞行器的补充观测,特别是水和氨的内部(重力和磁场)和深度剖面,将大大增强用于约束地层模型的数据集。在接下来的十年中,执行对天王星或海王星的轨道飞行器探测任务不需要任何新技术。将规避确定上述要素的需要。只有入口探头能够测量惰性气体,但这些测量可以在 5-10 巴的相对较浅的压力水平下进行。来自轨道飞行器的补充观测,特别是水和氨的内部(重力和磁场)和深度剖面,将大大增强用于约束地层模型的数据集。在接下来的十年中,执行对天王星或海王星的轨道飞行器探测任务不需要任何新技术。特别是水和氨的内部(重力和磁场)和深度剖面,将大大增强用于约束地层模型的数据集。在接下来的十年中,执行对天王星或海王星的轨道飞行器探测任务不需要任何新技术。特别是水和氨的内部(重力和磁场)和深度剖面,将大大增强用于约束地层模型的数据集。在接下来的十年中,执行对天王星或海王星的轨道飞行器探测任务不需要任何新技术。
更新日期:2020-02-01
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