Einblicke in die Entstehungsbedingungen von Uranus und Neptun aus ihren tiefen elementaren Zusammensetzungen

Zusammenfassung Diese Studie, die im Kontext der Vorbereitung der Uranus-Orbiter-Mission steht, zielt darauf ab, die Gesamtvolatilzusammensetzungen von Uranus und Neptun vorherzusagen. Mithilfe eines protoplanetaren Scheibenmodells untersucht sie die Entwicklung von Spurenarten durch Dampf- und Feststofftransport als Staub und Kieselsteine. Aufgrund des hohen Kohlenstoffgehalts in ihren Hüllen wird postuliert, dass die beiden Planeten in der Kohlenmonoxid-Eislinie innerhalb der protoplanetaren Nebel entstanden sind. Die zeitliche Entwicklung der Häufigkeiten der wichtigsten volatilen Spezies an der Stelle der CO-Eislinie wird dann berechnet, um die Häufigkeitsverhältnisse der entsprechenden Schlüsselmoleküle, einschließlich der schweren Edelgase, in den Fütterungszonen von Uranus und Neptun abzuleiten. Die supersolaren Metallizität in ihren Hüllen resultiert wahrscheinlich aus der Akkretion von Feststoffen in diesen Zonen. Es werden zwei Arten von Feststoffen betrachtet: reine Kondensate (Fall 1) und eine Mischung aus reinen Kondensaten und Clathraten (Fall 2). Das Modell, das auf beobachteten Kohlenstoffanreicherungen kalibriert ist, sagt tiefe Zusammensetzungen voraus. In Fall 1 ist Argon stark vermindert, während Stickstoff, Sauerstoff, Krypton, Phosphor, Schwefel und Xenon im Vergleich zu ihren protosolaren Häufigkeiten in den beiden Planeten signifikant angereichert sind. Fall 2 sagt signifikante Anreicherungen für alle Spezies, einschließlich Argon, im Vergleich zu ihren protosolaren Häufigkeiten voraus. Folglich sagt Fall 1 nahezu Null Ar/Kr- oder Ar/Xe-Verhältnisse vorher, während Fall 2 vorschlägt, dass diese Verhältnisse 0,1 und 0,5–1 Mal ihre protosolaren Verhältnisse betragen. Beide Fälle sagen ein Gesamtverhältnis von Schwefel zu Stickstoff voraus, das mit atmosphärischen Messungen übereinstimmt.