天王星と海王星の経験的構造モデル

天王星と海王星の経験的構造モデル
2022年1月3日に受領。 2022年2月23日改訂。 2022年3月3日受理
概要
天王星と海王星はまだよくわかっていません。彼らの重力場、自転周期、大気力学、
そして内部構造はよく決定されていません。この論文では、天王星と天王星の経験的構造モデルを提示します。
密度プロファイルがポリトロープで表される海王星。これらのモデルを使用することにより、
惑星重力場、我々は様々な仮定された回転のためのより高次の重力係数J6とJ8を予測します
周期、風の深さ、および低次高調波の不確実性。より速い回転および/または強風であることを示します
中央に集中した密度分布を優先します。 J6またはJ8の正確な決定が
10％以下の相対的な不確実性は、天王星と海王星の風の深さを制限する可能性があります。また、
ボイジャーの自転周期は、天王星と海王星の測定された形状と一致していません。次にデモンストレーションします
重力場のより正確な決定は、内部構造の可能な範囲を大幅に減らすことができます。
最後に、天王星と海王星の慣性モーメントを相対的なもので正確に測定することをお勧めします
〜1％と〜0.1％の不確実性は、それぞれ自転周期と風の深さを制約する可能性があります。
キーワード：惑星と衛星：個人：天王星;惑星と衛星：個人：海王星;惑星と
衛星：インテリア;惑星と衛星：構成


図1.天王星（青色）と海王星のさまざまな惑星モデルのJ6（左パネル）とJ8値（右パネル）の予測
（赤色）。 惑星モデルは、x軸に沿って省略名で収集されます（「U」：ウラヌス、「N」：ネプチューン、「cd」：corr dyn）。
点は平均値を示し、バーは標準偏差を示し、ボックスは完全な解の範囲を示します。


図2.想定される自転周期が異なる天王星（左の列）と海王星（右の列）の推定密度プロファイル
パネル）と風の深さ（上のパネル）。 実線の曲線はサンプルの中央値を表し、影付きの領域は
すべてのソリューションの96％。 上のパネルには、Helledらの天王星と海王星のソリューションが含まれています。 （2011）、Nettelmann etal。 （2013）
およびVazan＆Helled（2020）（それぞれ、黒い一点鎖線、一点鎖線、および点線）。 下のパネルには、「天王星」と
Nettelmannらの「Neptune +」密度プロファイル。 （2013）（黒い一点鎖線の曲線）。


図3.海王星の極半径MoIと
J2。 青い円は良い解決策を示しています。 色はに対応しています
解の間で補間された推定極半径。


図4.極半径と想定されるものとの関係
天王星（ブルーダイヤモンド）と海王星の（均一な）自転周期
（赤い四角）。 破線は最適な曲線を示しています。 The
点線は推定極半径24,973km（天王星）を示しています
と24,341キロ（ネプチューン）。 PVoyに属する自転周期は
黄色の星で強調表示されます。 Helledらの結果。 （2010）
（剛体回転の場合）PHASに基づくものは緑色で表されます
五芒星。


図5.天王星（青色）と海王星（赤色）の推定MoI値。 惑星モデルは、
省略名のx軸（「U」：ウラヌス、「N」：ネプチューン、「cd」：
corr dyn）。 ドットは平均値を示し、標準偏差を示します
ボックスはソリューションの全範囲を示しています。 選択された惑星モデルの場合、黒い水平線はNettelmannのソリューションを表しています。
etal。 （2013）。


4まとめと結論
この作品では、天王星の経験的構造モデルを提示します
密度プロファイルが（up
3）ポリトロープ。これらのモデルを使用して、J6を予測します
とJ8の値と深風の影響を調査し、
推定されたJ6、J8、極半径、MoI、および密度分布の想定回転周期。次に、
J値、惑星の形、および
風の深さ。 J6とJ8を正確に決定することで、風の深さを制限できることを示します。私たち
また、海王星のJ2のより正確な測定値も示しています
J4は、可能なパラメータ空間を大幅に減らすことができます
ソリューションの。天王星の自転周期も示します
とネプチューンは推定値と最も一致しています
極半径。最後に、MoIを正確に測定することで、風の深さをどのように制限できるかを調査します。
天王星と海王星の自転周期。
私たちの主な結果は次のように要約できます。

（i）天王星と海王星のJ6とJ8の予測は、ダイナミクスに強く依存します。正確な測定
J6またはJ8の（数パーセントの相対的な不確実性を伴う）
天王星とネプチューンの風の深さを制限するために必要です。
（ii）天王星の深部内部の密度分布
海王星は自転周期に大きく依存します
ダイナミクスの影響を強く受けます。均一な回転を想定したモデルの場合、風補正を使用することが重要です
重力係数：J
統計2n = Jmeas 2n − Jdyn 2n。
（iii）J2およびJ4のより正確な測定により、さらに
密度分布を制限し、範囲を狭める
天王星のJ6、J8、MoIの予測解のネプチューン。
（iv）天王星と海王星の両方の正確な決定のために
MoIのは、異なるものを区別するために使用できます
自転周期と風の深さを制限します。ために
前者の場合、1％の相対精度が必要ですが、
後者の場合、0.1％の相対精度が必要です。
（v）天王星の一般的に使用される形状と
海王星は、広く使用されている自転周期PVoyとPHASに同意しません。したがって、私たちはその必要性を繰り返します
回転のロバストで独立した測定の
天王星と海王星の時代と形。
将来の作業では、推定された圧力と密度の関係を使用できます
提示された経験的構造モデルを用語で解釈する
構成の。これにより、可能性を探ることができます
天王星と海王星の組成、および識別
組成勾配とそれらの依存性を決定する
想定される自転周期と風の深さ。私たちは
将来の研究でこれに対処します。
最後に、天王星や海王星への専用の宇宙ミッションの必要性を強調します（例：Arridge et al.2014;
マスターズ他2014; Mousis etal。 2018; Hofstadter etal。 2019;
フレッチャー等。 2020）。そのような使命はすべきであると私たちは提案します
惑星の重力場を測定するように設計されている、
J2とJ4の不確実性を減らし、決定する
高階J6とJ8と惑星の形、そして
可能、惑星の自転周期、およびMoI。