I kerne på gaskæmperne, kan temperaturen være titusindvis af grader, med tryk på titusindvis af megabar (husk på at et tryk på 1 bar, svarer til Jordens atmosfæriske tryk ved havets overflade. En megabar er en million gange så stor som en bar). Til sammenligning, oplever det undersøiske forskningsfartøj Alvin, når den bevæger sig ved 10.000 meters dybde, et tryk på omkring 1.000 bar, eller 1/1.000 af en megabar. Vand er stadigt flydende i kernerne på kæmpeplaneterne, ved temperaturer på titusindvis af grader. Som i en supertrykkoger, forhindrer det enorme tryk i kæmpeplaneternes kerner, vandet i at blive til damp. Temperaturen i Jupiters centrum antages at være så høj som 35.000 K, og trykket kan nå 45 megabar. Centrumtemperaturer og –tryk på de andre mindre massive kæmpeplaneter, er tilsvarende lavere end det er på Jupiter.
På dybder af et par tusind kilometer, bliver de atmosfæriske gasser på Jupiter og Saturn så komprimerede af vægten på den overliggende atmosfære, at de bliver flydende. På dybder på omkring 20.000 km i Jupiters atmosfære og 30.000 km i Saturns atmosfære, er det indre tryk steget til 2 megabar, og temperaturen når 10.000 K. Under disse forhold, bliver hydrogen så voldsomt påvirket, at det mister sine elektroner, og hydrogenet bliver til en elektrisk leder. Ligesom et flydende metal.
Den fysiske forskel mellem en væske og en meget komprimeret og meget tæt gas er subtil. I modsætning til den veldefinerede overflade mellem Jordens atmosfære og dens oceaner, er der på Jupiter og Saturn, ingen klar grænse mellem atmosfæren og havet af flydende hydrogen og helium, der ligger under atmosfæren. Dybderne af disse hydrogen-heliumoceaner, er målt til titusinder af kilometer, hvilket gør dem til de største strukturer i det indre på nogle af kæmpeplaneterne. Uranus og Neptun er mindre massive end Jupiter og Saturn, har lavere indre tryk og indeholder kun en mindre brøkdel hydrogen, med lidt eller intet af det i en metallisk tilstand, og de har heller ikke disse oceaner af flydende hydrogen og helium.
Figur 9.17 illustrerer den indvendige struktur på kæmpeplaneterne. I midten af hver kæmpeplanet, er en tæt, flydende kerne bestående af en meget varm blanding af tungere materialer, som for eksempel vand, klippe og metaller. I kapitel 7 så vi, at tungere materialer som for eksempel jern og andre metaller, sank ned i de terrestriske planeters centre, mens de var i en tidligere mere smeltet tilstand. Denne proces, der kaldes differentiering, deponerede de fleste metaller i det, der blev kernerne på de terrestriske planeter, og efterlod deres skorper og kapper relativt udtømt for metaller. Kernerne på kæmpeplaneterne, blev ikke dannet på denne måde. Meget af det nuværende kernemateriale, var allerede i de oprindelige objekter, der indfangede hydrogen og helium fra Solens protoplanetariske skive, for at danne det, der i sidste ende blev til kæmpeplaneterne.
Differentiering har fundet sted og er stadig forekommende i Saturn, og måske også i Jupiter. PÅ Saturn, kondenserer helium ud af hydrogen-heliumoceanerne. Fordi disse dråber af helium er tungere end hydrogen-heliumvæsken hvori de kondenserer, synker de ned mod planetens centrum. Denne proces beriger heliumkoncentrationen i kernen, mens den udtømmer de øverste lag. Samtidig opvarmer denne proces planeten, ved at omdanne tyngdepotentiel energi til termisk energi. I Jupiters indre, er det flydende helium derimod opløst sammen med det flydende hydrogen. Inde i Saturns indre, er temperaturen lavere end den er i Jupiters indre, hvilket gør helium mindre opløseligt. Dem der jævnligt laver mad ved, at man nemt kan opløse store mængder sukker i varmt vand, men relativt lidt i iskoldt vand. Det samme gælder for helium opløst i hydrogen.
Uranus og Neptun, afviger fra Jupiter og Saturn
Den gennemsnitlige massefylde for kæmpeplaneterne, angiver hvor meget massivt materiale de indeholder, men i praksis, er denne bestemmelse ikke så enkel. Selvom de faktiske tal er meget usikre, har de massive komponenter i Jupiters og Saturns kerner, masser på omkring 5-10 jordmasser ( ). Som tabel 9.1 viser, har Jupiter og Saturn samlede masser, på henholdsvis 318 og 95 . De massive materialer i deres kerner, bidrager kun lidt til deres gennemsnitlige kemiske sammensætning. Dette betyder, at du kan tænke på Jupiter og Saturn, som de har omtrent samme sammensætning som Solen og resten af Universet; cirka 98 procent hydrogen og helium og kun 2 procent af alt andet. Hvorfor er Jupiters massefylde så næsten dobbelt så stor som Saturns, når de er næsten ens i sammensætning? Det indre tryk skabt af Jupiters meget større masse, komprimerer dens hydrogen og helium og dens kerne, til en meget højere gennemsnitsmassefylde, end kernen i Saturn. Hvad betyder alt dette for Uranus og Neptun?
Hvis Uranus og Neptun også have samme sammensætning som Solen – det vil sige, hvis de primært består af hydrogen og helium – ville deres gennemsnitlige massefylder være mindre end halvdelen af den for vand, altså endnu mindre end Saturns massefylde. Deres lavere masse, ville ikke være så effektiv som Saturns, til at komprimere deres hydrogen og brint. Men Uranus og Neptun anses for at have dobbelt så stort massefylde som Saturn (se tabel 9.1). Dette er en klar indikation af, at Uranus og Neptun, i modsætning til Jupiter og Saturn, skal have tungere materialer, der dominerer deres kemiske sammensætning. Observationer kan angive, om dette tungere materiale er vand eller klippe. Neptun, den af kæmpeplaneterne med det største massefylde, er cirka 1,5 gange så tæt som ukomprimeret vand, og kun omkring halvt så tæt som ukomprimeret klippe. Uranus er endnu mindre tæt end Neptun. Disse observationer viser, at både Uranus og Neptun, må indeholder mere vand end klippe.
Det høje tryk i det indre af Uranus og Neptun forårsager, at både vand og klippe bliver tættere end i deres ukomprimerede tilstand. Så vand og andre stoffer med lavt massefylde, som for eksempel ammoniak og metan, må være de vigtigste komponenter i Uranus’ og Neptuns sammensætning, men mindre mængder silikater og metaller. Den samlede mængde hydrogen og helium på disse planeter, er sandsynligvis begrænset til højst 1 eller 2 , med de fleste af disse gasser beliggende i deres relativt overfladiske atmosfærer. På basis af massefylde alene, som vi påpegede i begyndelsen af dette afsnit, passer hverken Uranus eller Neptun særligt godt, med beskrivelsen af en gaskæmpe. Det er mere hensigtsmæssigt at kalde dem for iskæmper. Vandet, der udgør så meget af Uranus og Neptun, er sandsynligvis i form af dybe oceaner. Opløste gasser og salte, vil gøre disse oceaner, elektrisk ledende.
Forskelle er spor til oprindelser
At hver af kæmpeplaneterne er dannet omkring klippekerner, men udviklede sig så forskelligt, er et vigtigt led i deres oprindelse. Hvorfor har Jupiter og Saturn så meget hydrogen og helium, sammenlignet med Uranus og Neptun? Hvorfor er den hydrogen-rige Jupiter, så meget mere massiv end den hydrogen-rige Saturn? Svaret kan ligge, både i den tid det tog disse planeter at blive dannet, og fordelingen af det materialer hvorfra de blev dannet. Det er sandsynligt, at alt hydrogen og helium i kæmpeplaneterne, blev indfanget fra den protoplanetariske skive, ved den stærke tyngdetiltrækning fra deres massive kerner. Det meget lavere hydrogen og helium indhold på Uranus og Neptun tyder på, at deres kerner var mindre og blev dannet meget senere end Jupiter og Saturn, på et tidspunkt hvor det meste af gassen i den protoplanetariske skive, var blevet blæst væg af den nydannede Sol.
Hvorfor skulle kernerne for Uranus og Neptun være blevet dannet så sent? Sandsynligvis fordi is-planetesimalerne fra hvilke de blev udviklet, var mere vidt spredte på deres større afstande til Solen. Med mere plads mellem planetesimalerne, ville det tage længere tid at opbygge disse to planeters kerner. Saturn kan have indfanget mindre gas, end Jupiter, både fordi dens kerne dannede sig noget senere, og fordi der var mindre gas til rådighed, på den større afstand fra Solen. Som vi vil se på i afsnit 9.7, tror nogle astronomer, at Uranus og Neptun måske er blevet dannet et andet sted, end der hvor de befinder sig nu.