冰巨行星内部深处物理与化学过程研究进展

宇宙中诸如天王星、海王星等冰巨行星的数量繁多,理解冰巨行星的内部结构与局部反应过程对于建立统一的行星演化体系具有重要意义。近几十年来,随着模拟计算方法、实验加载与诊断技术的不断发展,与冰巨行星内部相关的多个物理问题研究取得了突破性进展,如“超离子态水”、“钻石雨”等现象不再不可捉摸。聚焦冰巨行星相关物理问题,简要介绍并讨论了极端状态下的高压状态方程和微观物理过程的理论及实验研究进展,包括相关实验平台与配套技术的发展情况,并对该领域的未来发展方向提出了展望。

海王星探测:稀有气体和挥发分分析

地外天体的探测目标主要是太阳系中离地球较近的行星和天体,例如水星、金星、月球、火星、木星、小行星67P和近地小行星25143糸川。目前,人类还没有明确提出对太阳系中两大冰巨行星天王星和海王星的探测计划。人类探测仍停留在“旅行者2号”探测器分别于1986年1月和1989年8月飞掠天王星和海王星时传回的数据。在过去的几十年间,越来越多类属冰巨行星的系外行星被发现,而且冰巨行星比类似木星和土星的气态巨行星数量更多,加深对冰巨行星的了解势在必行。其中,行星大气组成,特别是稀有气体和挥发分的分布尤为重要。详细回顾了对太阳系中各天体挥发分的探测及结果;总结了天王星和海王星的稀有气体和挥发分的浓度、分布和演化过程;讨论了探索冰巨行星的星际探测任务的流程、可行性以及探测器载荷选择。提出了利用离子阱质谱仪作为中国外太阳系探测任务中探索冰巨行星科学载荷的可行性。