ليست هناك طريقة بسيطة تتم بها دراسة باطن الكواكب العملاقة، لكن يمكننا استخدام تركيب الغلاف الجوي (%99 هيدروجين وهليوم) ومعرفتنا العامة بتركيب المجموعة الشمسية ككل، من أجل بناء نموذج يتوافق مع الكثافة المقاسة لتلك الكواكب، ومع الضغوط الداخلية التي يمكن أن نستنتجها بناءً على هذا لا بد أن كل كوكب عملاق يمتلك أسفل غلافه الجوي منطقة تتكون في الأساس من جزيئات هيدروجين H₂ وذرات هليوم He، في حالة يكون من الأفضل أن نطلق عليها «مائعة» بدلًا من «سائلة» أو «غازية». وفي المركز، يوجد على الأرجح لب داخلي صخري تبلغ كتلته نحو ثلاثة أضعاف كتلة كوكب الأرض في حالة كوكبي المشتري، وزحل، وتُعادل كتلة كوكب الأرض في حالة أورانوس ونبتون. ولا بد أنه يحيط باللب الداخلي لب خارجي من «الجليد» مكون من نسب غير معلومة من الماء والأمونيا والميثان، يعادل نحو ضعفي كتلة كوكب الأرض في حالة كوكب المشتري، وربما يعادل ستة أضعاف كتلة كوكب الأرض في حالة كوكب زحل، واثني عشر ضعفًا في حالة كوكب أورانوس، وخمسة عشر ضعفًا في حالة كوكب نبتون. ولا ندري ما إذا كانت هذه الألباب الخارجية والداخلية منصهرة أم جامدة؛ لأنه بالرغم من قدرتنا على تقدير الضغط (50 مليون ضغط جوي في مركز كوكب المشتري)، فنحن لا نعلم تركيبها، وليست لدينا سوى فكرة غامضة عن درجة الحرارة المحتملة (التي تتراوح بين ما يزيد على 15 ألف درجة مئوية في مركز كوكب المشتري، ونحو 2200 درجة مئوية في الحافة الخارجية من لب كوكب نبتون). وفهمنا لسلوك المواد في ظل ظروف متطرفة كهذه فَهم قاصر؛ فنحن لا نعرف ما إذا كان الحديد المعدني يمكن أن يختلف عن الصخر ويغوص نحو المركز لتكوين لب داخلي. وربما يكون حتى لب أورانوس ونبتون عبارة عن كتل ممتزجة غير متمايزة من الجليد والصخر.

وتزيد كتلة الأجزاء الخارجية من كوكبي أورانوس ونبتون المكونة من الهيدروجين والهليوم على كتلة كوكب الأرض بقدر يسير، وهذه الأجزاء تشمل هياكل يبلغ سمكها ذلك، 6 آلاف كيلومتر. ومع يوجد لدى كل من «العملاقين الغازيين» - المشتري وزحل - غطاء أكثر عمقًا بكثير؛ يتكون من الهيدروجين والهليوم، ويحيط باللب الخاص به، وتزيد كتلته على كتلة كوكب الأرض بـ 300 80 ضعفًا على التوالي. وتطويع الهيدروجين أسهل من تطويع الجليد أو الصخر. والعلماء على يقين من أنه في ظل ضغوط تزيد على نحو مليوني ضغط غلاف جوي، تنضغط ذرات الهيدروجين بإحكام شديد معا، لدرجة أن الإلكترونات تتحرر من الارتباط بذرات بعينها. وعوضًا من ذلك، تستطيع الإلكترونات التجول في بحر من الهيدروجين يسلك سلوك المعادن المنصهرة. وحرية حركة الإلكترونات هذه تجعل (الهيدروجين المعدني) موصلا ممتازا للكهرباء والأرجح أن هيكلا من الهيدروجين المعدني (مع بعض الهليوم المذاب فيه) الذي يحيط بلب كوكب المشتري تعادل كتلته نحو 260 ضعفًا من كتلة كوكب الأرض (أي 80% من الكتلة الإجمالية لكوكب المشتري)، في حين يُعتقد أن كتلة الهيكل المحيط بلب كوكب زحل لا تُعادل سوى 41 ضعفًا من كتلة كوكب الأرض (أي أكثر من 40% من الكتلة الإجمالية لكوكب زحل) ويسلط الشكل رقم 1-3 الضوء على التركيب الداخلي الكامل لكوكب المشتري.

وربما لا يزال التركيب الداخلي للكواكب العملاقة في حالة من التطور؛ لأنها - ربما باستثناء كوكب أورانوس - تطلق جميعًا حرارة إلى الفضاء أكثر من الحرارة التي تستقبلها من الشمس. وكوكب المشتري ضخم جدًّا للدرجة التي يمكن أن تجعله قادرًا إلى الآن على أن يطلق كما كبيرًا من الحرارة البدائية المحتجزة منذ نشأته. أما بالنسبة لزحل ونبتون، فإن فائض الحرارة هذا يبين أن الحرارة تتولد فعليًّا بداخلهما. والتباين كبير جدا لدرجة لا تجعلها حرارة إشعاعية المنشأ؛ لذا التمايز الداخلي قد لا يزال قائمًا. وغوص المادة الأكثر كثافة عن المتوسط نحو الداخل (ما يسمح بنشوء هيكل داخلي في حني يصبح الهيكل المحيط أرق وأنقى) يمكن أن يحوِّل طاقة وضع الجاذبية إلى حرارة. ويمكن أن تصدر هذه الحرارة من النمو المستمر للُّب (أو اللُّب الداخلي)، أو – في حالة كوكب زحل فقط – من غوص قطيرات الهليوم إلى داخل طبقة الهيدروجين المعدني للكوكب.

شكل 1-3: رسم تخطيطي يبين الطبقات الداخلية المفترضة داخل كوكب المشتري. موضح المناطق ذات اللون (الفاتح والأحزمة ذات اللون الداكن) الرئيسية الخاصة أسماء بالرسم بقمم السحب في طبقة التروبوسفير.

مواضيع ذات صلة

السيار أروس

هل يوجد كوكب وراء نبتون؟

بلوتو وشارون

تريتون

ميراندا وأرييل

تيتان

القمر انسيلادوس

أقمار مثيرة للاهتمام

الأنظمة الحلقية القمرية

الأغلفة المغناطيسية

الأغلفة الجوية للكواكب العملاقة

الكواكب العملاقة