深层大气成分、结构、起源与探测——特别关注冰巨行星上的关键原位科学

对天王星和海王星的综合探测对于理解巨行星的形成与演化、进而理解太阳系整体及广袤的系外行星族群至关重要。尽管核心吸积模型较引力不稳定性更受青睐作为木星和土星等气态巨行星的形成模型，但目前缺乏观测约束以在冰巨行星情形下对二者作出有力论证。质量超过氦的重元素丰度可为形成与迁移模型提供最佳约束。对于天王星和海王星，仅由甲烷测量确定了C元素丰度，但考虑到甲烷在冰巨行星中为可凝气体，该值应视为下限。充分混合的水、氨和硫化氢分别用于确定O、N和S元素丰度，其位置过深以致任何观测技术均无法测量。然而，对惰性气体He、Ne、Ar、Kr和Xe及其同位素比的精确测量，将规避对上述元素的测定需求。唯有进入探测器能测量惰性气体，但这些测量可在5-10 bar的相对浅压力层完成。来自轨道器的互补观测，尤其是内部（重力和磁场）及水和氨的深度剖面，将极大丰富用于约束形成模型的数据集。在未来十年内开展任一天王星或海王星的轨道器-探测器任务无需新技术。