なぜ天王星と海王星は木星と土星よりもメタンが多いのですか？

したがって、太陽系星雲の標準的な理論は、ガス惑星の領域では、氷と岩が凝縮して微惑星を形成し、次に水素とヘリウムを付加して巨大ガスを形成するというものです。巨大惑星はすべて水素とヘリウムですが、天王星と海王星はメタンのような水素化合物を比較的大量に持っています（それが彼らに色を与えています）。

私の質問は、なぜそれが起こったのですか？天王星と海王星はどのようにしてメタンを入手しましたか？私の印象は、すべてのガスの巨人がメタンが氷に凝縮するのに十分遠くにあったので、天王星と海王星はどうやってメタンで優先的に終わるのですか？

なぜ天王星と海王星は木星と土星よりもメタンが多いのですか？

これは、状態方程式（EOS）、蛇行化、および混合（回転および対流）の組み合わせであり、一部の反応（および結果として得られる化合物）が他のものよりも優先されます。

以下の参考文献を参照してください。

巨大惑星はすべて水素とヘリウムですが、天王星と海王星はメタンのような水素化合物を比較的大量に持っています（それが彼らに色を与えています）。

木星と土星はガスの巨人であり、天王星と海王星は氷の巨人です。

私の質問は、なぜそれが起こったのですか？天王星と海王星はどのようにしてメタンを入手しましたか？私の印象は、すべてのガスの巨人がメタンが氷に凝縮するのに十分遠くにあったので、天王星と海王星はどうやってメタンで優先的に終わるのですか？

ウィキペディアの「地球外大気」を参照してください。

^{保持されているガスを示す、いくつかの太陽系オブジェクトの表面温度に対する脱出速度のグラフ。オブジェクトは一定の比率で描画され、データポイントは中央の黒い点にあります。データは、「講義5：太陽系の概要、Thermodynamc平衡における問題」および「StargazerのFAQ-大気はどの程度正確に保持されていますか？」に基づいています。}

ウィキペディアはこれらの惑星の大気についてはほとんど語らず、天王星と海王星についてはほとんど語っていません。

• 木星の雰囲気：

  「気温が高すぎて凝縮できないため、メタン雲はありません。」-出典：SKAtreya、ASWong、KHBaines、MHWong、およびTCOwenによる「木星のアンモニア雲-局所的またはユビキタス？」（2004年4月9日）。

  論文からの引用：

  ページ502：「多環式芳香族炭化水素（PAH）の製造では、化学はメタン（CH$_4$）の太陽UVフォトンによる $\lambda \le$160 nm、最終的にはベンゼンの形成（$c$-C$_6$H$_6$、またはA$_1$）およびその他の複雑な炭化水素（図3）。エネルギー粒子もメタンを分解する極オーロラ領域では、ベンゼンと重質炭化水素の生成においてイオン化学が支配的になります（Wong et al。、2003、and図3）。

• 土星の雰囲気：

  「太陽からの紫外線は上層大気でメタンの光分解を引き起こし、一連の炭化水素化学反応を引き起こし、その結果生成物は渦と拡散によって下方に運ばれます。この光化学サイクルは土星の年間の季節サイクルによって変調されます。」-出典：「カッシーニ/ CIRS四肢観測による土星の成層圏におけるエタン、アセチレン、プロパンの分布」（2008年11月）、S。ゲレット、T。フーシェ、およびB.ベザール

  論文からの引用：

  ページ406：「3メソッド

  ラインごとの放射伝達モデルを使用して、合成スペクトルを計算しました。CHからの不透明度が含まれています$_4$、CH$_3$D、C$_2$H$_6$、C$_2$H$_2$、C$_3$H$_8$、C$_3$H$_4, C$_4$H$_2およびH2-HeおよびH2-H2からの衝突によって引き起こされる不透明度。大気グリッドは、10 barから10-8 barまでの360層で構成されていました。これは、Conrathらが採用した反復反転アルゴリズムと組み合わせられました。（1998）、測定されたスペクトルから大気の状態（温度、炭化水素の鉛直プロファイル）を取得するため。

  分子発光強度はその存在量と温度の両方に依存するため、2つのステップで処理を進めました。最初に、1305 mのメタンν4放出帯から温度垂直プロファイルを取得しました。$^{−1}$ （4.5 x10のVMRと均一に混合されていると仮定します$^{−3}$ （Flasar et al。2005））、1 mbarで情報を提供-2 $\mu$バー領域。

  ...

  図1は、2つの特定の圧力レベルでのエタン、アセチレン、およびプロパンの合成および観測された発光バンドの比較の例を示しています（CIRSによってプローブされたすべての異なる圧力レベルは、明確にするためにプロットされていません）。取得したプロファイル。」

つまり、メタンよりも複雑な化合物の方が条件に適しているということです。「状態方程式」に関する上記のコメントを参照してください。

• 天王星と海王星の雰囲気：

  「氷の巨人のガス状の外層は、ガスの巨人のものといくつかの類似点があります。これらには、長命の高速赤道風、極渦、大規模循環パターン、および上からの紫外線放射によって駆動される複雑な化学プロセスが含まれます下層大気と混合します。

  氷の巨人の大気パターンを研究することは、大気物理学への洞察も与えます。それらの組成は異なる化学プロセスを促進し、太陽系の他のどの惑星よりも遠方の軌道で受ける太陽光がはるかに少なくなります（天候パターンに対する内部加熱の関連性が高まります）。」

NASAファクトシート -大気組成（体積、括弧内の不確実性）：

• 木星

  • メジャー：分子水素（H$_2$）-89.8％（2.0％）; ヘリウム（He）-10.2％（2.0％）

  • マイナー（ppm）：メタン（CH$_4$）-3000（1000）; アンモニア（NH$_3$）-260（40）; 重水素化水素（HD）-28（10）; エタン（C$_2$H$_6$）-5.8（1.5）; 水（H$_2$O）-4（圧力によって異なります）

  • エーロゾル：アンモニア氷、水氷、アンモニア水硫化物

• 土星

  • メジャー：分子水素（H$_2$）-96.3％（2.4％）; ヘリウム（He）-3.25％（2.4％）

  • マイナー（ppm）：メタン（CH$_4$）-4500（2000）; アンモニア（NH$_3$）-125（75）; 重水素化水素（HD）-110（58）; エタン（C$_2$H$_6$）-7（1.5）

  • エーロゾル：アンモニア氷、水氷、アンモニア水硫化物

• 天王星

  • メジャー：分子水素（H$_2$）-82.5％（3.3％）; ヘリウム（He）-15.2％（3.3％）メタン（CH$_4$）-2.3％

  • マイナー（ppm）：重水素（HD）-148

  • エアロゾル：アンモニア氷、水氷、アンモニア水硫化物、メタン氷（？）

• ネプチューン

  • メジャー：分子水素（H$_2$）-80.0％（3.2％）; ヘリウム（He）-19.0％（3.2％）; メタン（CH$_4$）1.5％（0.5％）

  • マイナー（ppm）：重水素化水素（HD）-192; エタン（C$_2$H$_6$）-1.5

  • エアロゾル：アンモニア氷、水氷、アンモニア水硫化物、メタン氷（？）

追加の参照：

AndrésGuzmán-MarmolejoおよびAntígonaSeguraによる英語の「メタンの太陽系」（Bol。Soc。Geol。Mex [オンライン]。2015、vol.67、n.3、pp.377-385。）。

「地球惑星でのメタンの非生物的生産」（Astrobiology。2013 Jun; 13（6）：550–559）、AndrésGuzmán-Marmolejo、Antigona Segura、およびElva Escobar-Briones。

「太陽系のメタンクラスレート」（Astrobiology。2015 Apr; 15（4）：308-26）、Mousis O、ChassefièreE、Holm NG、Bouquet A、Waite JHなど

NASA-「科学者は地球サイズの惑星の宝庫をモデル化する」（2007年9月24日）。