Warum haben Uranus und Neptun mehr Methan als Jupiter und Saturn?

Die Standardtheorie des Solarnebels lautet also, dass im Bereich der Gasplaneten Eis und Gestein zu Planetesimalen kondensieren könnten, die dann Wasserstoff und Helium zur Bildung der Gasriesen anreichern könnten. Die Riesenplaneten bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, aber Uranus und Neptun haben relativ große Mengen an Wasserstoffverbindungen wie Methan (das gibt ihnen ihre Farbe).

Meine Frage ist, warum das passiert ist? Wie haben Uranus und Neptun ihr Methan bekommen? Mein Eindruck ist, dass alle Gasriesen weit genug entfernt waren, damit Methan zu Eis kondensieren konnte. Wie kamen Uranus und Neptun also bevorzugt zu Methan?

Warum haben Uranus und Neptun mehr Methan als Jupiter und Saturn?

Es ist eine Kombination aus Zustandsgleichungen ( EOS ), Serpentinisierung und Mischen (rotierend und konvektiv), die einige Reaktionen (und daraus resultierende Verbindungen) gegenüber anderen bevorzugt.

Siehe die Referenzen unten.

Die Riesenplaneten bestehen hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, aber Uranus und Neptun haben relativ große Mengen an Wasserstoffverbindungen wie Methan (das gibt ihnen ihre Farbe).

Jupiter und Saturn sind Gasriesen , Uranus und Neptun sind Eisriesen .

Meine Frage ist, warum das passiert ist? Wie haben Uranus und Neptun ihr Methan bekommen? Mein Eindruck ist, dass alle Gasriesen weit genug entfernt waren, damit Methan zu Eis kondensieren konnte. Wie kamen Uranus und Neptun also bevorzugt zu Methan?

Siehe Wikipedia " Außerirdische Atmosphäre ":

^{Diagramme der Fluchtgeschwindigkeit gegen die Oberflächentemperatur einiger Objekte des Sonnensystems, die zeigen, welche Gase zurückgehalten werden. Die Objekte werden maßstabsgetreu gezeichnet und ihre Datenpunkte befinden sich an den schwarzen Punkten in der Mitte. Die Daten basieren auf " Vorlesung 5: Überblick über das Sonnensystem, Materie im thermodynamischen Gleichgewicht " und " Stargazers FAQ - Wie genau werden Atmosphären gehalten? ".}

Wikipedia sagt wenig über die Atmosphäre dieser Planeten und am wenigsten über Uranus und Neptun:

• Atmosphäre des Jupiter :

  "Es gibt keine Methanwolken, da die Temperaturen zu hoch sind, um zu kondensieren." - Quelle: " Jupiters Ammoniakwolken - lokalisiert oder allgegenwärtig? " (9. April 2004), von SKAtreya, ASWong, KHBaines, MHWong und TCOwen.

  Zitate aus der Zeitung:

  Seite 502: „Zur Herstellung von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAHs), beginnt die Chemie mit der Zerstörung von Methan (CH ) durch Solar UV Photonen bei 160 nm, was letztlich zu der Bildung von Benzol führt ( -C H oder A ) und andere komplexe Kohlenwasserstoffe (Abb. 3). In den polaren Auroralregionen, in denen energetische Partikel auch Methan abbauen, dominiert die Ionenchemie die Produktion von Benzol und schweren Kohlenwasserstoffen (Wong et al., 2003, und Fig. 3). ".$_4$$\lambda \le$$c$$_6$$_6$$_1$

• Atmosphäre des Saturn :

  "Ultraviolette Strahlung der Sonne verursacht eine Methanphotolyse in der oberen Atmosphäre, was zu einer Reihe chemischer Kohlenwasserstoffreaktionen führt, wobei die resultierenden Produkte durch Wirbel und Diffusion nach unten transportiert werden. Dieser photochemische Zyklus wird durch den jährlichen saisonalen Zyklus des Saturn moduliert." - Quelle: " Ethan-, Acetylen- und Propanverteilung in der Saturn-Stratosphäre aus Beobachtungen von Cassini / CIRS-Gliedmaßen " (Nov. 2008), von S. Guerlet, T. Fouchet und B. Bézard.

  Zitate aus der Zeitung:

  Seite 406: " 3 Methode

  Wir haben ein zeilenweises Strahlungstransfermodell verwendet, um synthetische Spektren zu berechnen. Es schloß Opazität von CH$_4$ , CH D, C H , C H , C H , C H _4 _2 und kollisionsinduzierte Opazität von H2-He und H2-H2. Das atmosphärische Gitter bestand aus 360 Schichten von 10 bar bis 10-8 bar. Es wurde mit einem iterativen Inversionsalgorithmus gekoppelt, der von Conrath et al. (1998), um den atmosphärischen Zustand (Temperatur, vertikale Kohlenwasserstoffprofile) aus den gemessenen Spektren abzurufen.$_3$$_2$$_6$$_2$$_2$$_3$$_8$$_3$$_4, C$$H$

  Da die Intensität der molekularen Emission sowohl von ihrer Häufigkeit als auch von ihrer Temperatur abhängt, gingen wir in zwei Schritten vor. Zuerst haben wir das vertikale Temperaturprofil aus dem Methan-ν4-Emissionsband bei 1305 m abgerufen (unter der Annahme, dass es gleichmäßig mit einem vmr von 4,5 x 10 gemischt ist (Flasar et al. 2005)), um Informationen zu erhalten in der Region 1 mbar - 2 bar.$^{−1}$$^{−3}$$\mu$

  ...

  1 zeigt ein Beispiel eines Vergleichs zwischen synthetischen und beobachteten Emissionsbanden von Ethan, Acetylen und Propan bei zwei gegebenen Druckniveaus (alle unterschiedlichen Druckniveaus, die durch CIRS untersucht wurden, wurden der Klarheit halber nicht aufgetragen) und 3 das Entsprechende abgerufene Profile. ".

Dies bedeutet, dass komplexere Verbindungen als Methan durch die Bedingungen begünstigt werden, siehe Kommentare oben zu "Zustandsgleichungen".

• Atmosphäre von Uranus und Neptun :

  "Die gasförmigen Außenschichten der Eisriesen haben mehrere Ähnlichkeiten mit denen der Gasriesen. Dazu gehören langlebige, schnelle äquatoriale Hochgeschwindigkeitswinde, polare Wirbel, großräumige Zirkulationsmuster und komplexe chemische Prozesse, die durch ultraviolette Strahlung von oben angetrieben werden und Mischen mit der unteren Atmosphäre.

  Die Untersuchung des atmosphärischen Musters der Eisriesen gibt auch Einblicke in die atmosphärische Physik. Ihre Zusammensetzung fördert unterschiedliche chemische Prozesse und sie erhalten in ihren entfernten Umlaufbahnen weit weniger Sonnenlicht als alle anderen Planeten im Sonnensystem (was die Relevanz der inneren Erwärmung für Wettermuster erhöht). "

NASA Factsheets - Atmosphärische Zusammensetzung (nach Volumen, Unsicherheit in Klammern):

• Jupiter

  • Dur: Molekularer Wasserstoff (H ) - 89,8% (2,0%); Helium (He) - 10,2% (2,0%)$_2$

  • Minor (ppm): Methan (CH ) - 3000 (1000); Ammoniak (NH ) - 260 (40); Wasserstoff-Deuterid (HD) - 28 (10); Ethan (C H ) - 5,8 (1,5); Wasser (H O) - 4 (variiert mit dem Druck)$_4$$_3$$_2$$_6$$_2$

  • Aerosole: Ammoniak-Eis, Wassereis, Ammoniak-Hydrosulfid

• Saturn

  • Hauptfach: Molekularer Wasserstoff ( ) - 96,3% (2,4%); Helium (He) - 3,25% (2,4%)$_2$

  • Minor (ppm): Methan (CH ) - 4500 (2000); Ammoniak (NH ) - 125 (75); Wasserstoff-Deuterid (HD) - 110 (58); Ethan (C H ) - 7 (1.5)$_4$$_3$$_2$$_6$

  • Aerosole: Ammoniak-Eis, Wassereis, Ammoniak-Hydrosulfid

• Uranus

  • Hauptfach: Molekularer Wasserstoff (H ) - 82,5% (3,3%); Helium (He) - 15,2% (3,3%) Methan (CH ) - 2,3%$_2$$_4$

  • Geringfügig (ppm): Deuteridwasserstoff (HD) - 148

  • Aerosole: Ammoniak-Eis, Wassereis, Ammoniak-Hydrosulfid, Methan-Eis (?)

• Neptun

  • Hauptfach: Molekularer Wasserstoff (H ) - 80,0% (3,2%); Helium (He) - 19,0% (3,2%); Methan (CH ) 1,5% (0,5%)$_2$$_4$

  • Minor (ppm): Wasserstoff-Deuterid (HD) - 192; Ethan (C H ) - 1,5$_2$$_6$

  • Aerosole: Ammoniak-Eis, Wassereis, Ammoniak-Hydrosulfid, Methan-Eis (?)

Zusätzliche Referenzen:

" Methan im Sonnensystem " in englischer Sprache (Bol. Soc. Geol. Mex [online]. 2015, Bd. 67, Nr. 3, S. 377-385) von Andrés Guzmán-Marmolejo und Antígona Segura.

" Abiotische Produktion von Methan auf terrestrischen Planeten " (Astrobiology. 2013 Jun; 13 (6): 550–559), von Andrés Guzmán-Marmolejo, Antígona Segura und Elva Escobar-Briones.

" Methanclathrate im Sonnensystem " (Astrobiology. 2015 Apr; 15 (4): 308-26), von Mousis O., Chassefière E., Holm NG, Bouquet A., Waite JH, et al.

NASA - " Wissenschaftler modellieren ein Füllhorn erdgroßer Planeten " (24. September 2007).