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Atmospheric Helium Abundances in the Giant Planets

Nettelmann, Nadine und Cano Amoros, Marina und Tosi, Nicola und Helled, R. und Fortney, J. (2024) Atmospheric Helium Abundances in the Giant Planets. Space Science Reviews, 220, Seite 56. Springer. doi: 10.1007/s11214-024-01090-1. ISSN 0038-6308.

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Offizielle URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s11214-024-01090-1

Kurzfassung

Noble gases are accreted to the giant planets as part of the gas component of the planet-forming disk. While heavier noble gases can separate from the evolution of the hydrogen-rich gas, helium is thought to remain at the protosolar H/He ratio –0.28. However, spacecraft observations revealed a depletion in helium in the atmospheres of Jupiter, Saturn, and Uranus. For the gas giants, this is commonly seen as indication of H/He phase separation at greater depths. Here, we apply predictions of the H/He phase diagram and three H/He-EOS to compute the atmospheric helium mass abundance as a result of H/He phase separation. We obtain a strong depletion for the ice giants if they are adiabatic. Introducing a thermal boundary layer at the Z-poor/Z-rich compositional transition with a temperature increase of up to a few 1000 K, we obtain a weak depletion in Uranus as observed. Our results suggest dissimilar internal structures between Uranus and Neptune. An accurate in-situ determination of their atmospheric He/H ratio would help to constrain their internal structures. This is even more true for Saturn, where we find that any considered H/He phase diagram and H/He-EOS would be consistent with any observed value. However, some H/He-EOS and phase diagram combinations applied to both Jupiter and Saturn require an outer stably-stratified layer at least in one of them.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/210307/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Atmospheric Helium Abundances in the Giant Planets
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Nettelmann, NadineNadine.Nettelmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cano Amoros, MarinaMarina.CanoAmoros (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tosi, Nicolanicola.tosi (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4912-2848NICHT SPEZIFIZIERT
Helled, R.Institute for Computational Science, University of Zurich, Winterthurerstr. 190, 8057, Zurich, SwitzerlandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fortney, J.University of California Santa Cruz, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2024
Erschienen in:Space Science Reviews
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:220
DOI:10.1007/s11214-024-01090-1
Seitenbereich:Seite 56
Verlag:Springer
ISSN:0038-6308
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Giant planets Solar System Space missions
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DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Exploration des Sonnensystems
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Planetenphysik
Hinterlegt von: Tosi, Dr. Nicola
Hinterlegt am:10 Dez 2024 09:08
Letzte Änderung:10 Dez 2024 09:08

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