Гигантская планета - Giant planet

Юпитер Сатурн
Уран Нептун
Четыре объекта планеты-гиганта
Юпитер и Сатурн ( газовые гиганты )
Уран и Нептун ( ледяные гиганты )

Показано по порядку от Солнца и в натуральном цвете . Размеры не в масштабе.

Четыре планеты-гиганта Солнечной системы на фоне Солнца в масштабе
Относительные массы планет-гигантов внешней Солнечной системы

Эти гигантские планеты составляют многообразный типа планетов гораздо больше , чем на Земле. Обычно они в основном состоят из материалов с низкой температурой кипения ( газов или льдов), а не из горных пород или другого твердого вещества, но также могут существовать массивные твердые планеты . В Солнечной системе есть четыре известных планеты-гиганта : Юпитер , Сатурн , Уран и Нептун . Было обнаружено, что многие внесолнечные планеты-гиганты вращаются вокруг других звезд .

Планеты- гиганты также иногда называют планетами-гигантами после Юпитера («Юпитер» - это другое имя римского бога « Юпитер »). Их также иногда называют газовыми гигантами . Однако многие астрономы теперь применяют последний термин только к Юпитеру и Сатурну, классифицируя Уран и Нептун, которые имеют разный состав, как ледяные гиганты . Оба названия потенциально вводят в заблуждение: все планеты-гиганты состоят в основном из жидкостей выше их критических точек , где не существует отдельных газовой и жидкой фаз. Основными компонентами являются водород и гелий в случае Юпитера и Сатурна, а также вода , аммиак и метан в случае Урана и Нептуна.

Определяющие различия между очень низкой массой коричневый карлик и газовый гигантский ( ~ 13  М J ) обсуждаются. Одна школа мысли основана на образовании; другой - о физике интерьера. Часть дебатов касается того, должны ли «коричневые карлики» по определению испытывать ядерный синтез в какой-то момент своей истории.

Терминология

Термин « газовый гигант» был придуман в 1952 году писателем-фантастом Джеймсом Блишом и первоначально использовался для обозначения всех планет-гигантов. Возможно, это неправильно, потому что на большей части объема этих планет давление настолько велико, что материя не находится в газообразной форме. За исключением верхних слоев атмосферы, вся материя, вероятно, находится за критической точкой , где нет различия между жидкостями и газами. «Жидкая планета» было бы более точным термином. Рядом с центром Юпитера также находится металлический водород , но большую часть его объема составляет водород, гелий и следы других газов выше их критических точек. Наблюдаемые атмосферы всех этих планет (с оптической толщиной менее единицы ) довольно тонкие по сравнению с их радиусами, простираясь, возможно, всего на один процент пути к центру. Таким образом, наблюдаемые части являются газообразными (в отличие от Марса и Земли, которые имеют газовую атмосферу, сквозь которую можно увидеть кору).

Этот довольно вводящий в заблуждение термин прижился, потому что ученые-планетологи обычно используют камни , газ и лед в качестве сокращений для классов элементов и соединений, обычно встречающихся в качестве планетных составляющих, независимо от фазы вещества . Во внешней Солнечной системе водород и гелий называют газами ; вода, метан и аммиак в виде льда ; силикаты и металлы как горные породы . Когда речь идет о глубоких недрах планеты, можно сказать, что под ледяными астрономами подразумевают кислород и углерод , под горными породами - кремний , а под газом - водород и гелий. Множество способов, которыми Уран и Нептун отличаются от Юпитера и Сатурна, побудили некоторых использовать этот термин только для планет, подобных двум последним. С этой терминологией в виде, некоторые астрономы начали называть Уран и Нептун в ледяных гигантах , чтобы указать преобладание льдов (в жидком виде) в их внутренней композиции.

Альтернативный термин джовианская планета относится к римскому богу Юпитеру - родительная форма которого - Джовис , отсюда и Юпитер, - и был предназначен для обозначения того, что все эти планеты были подобны Юпитеру.

Объекты, достаточно большие, чтобы начать синтез дейтерия (более 13 масс Юпитера для солнечного состава), называются коричневыми карликами , и они занимают диапазон масс между большими планетами-гигантами и звездами с наименьшей массой . 13-Юпитер-масса ( М J ) срез является правилом , а не что - то точного физического смысла. Большие объекты будут сжигать большую часть дейтерия и поменьше будет гореть только немного, и 13 M J значение находится где - то между ними. Количество сожженного дейтерия зависит не только от массы, но и от состава планеты, особенно от количества присутствующего гелия и дейтерия. Экзопланет Энциклопедия включает в себя объекты до 60 масс Юпитера, а Exoplanet Проводник данных до 24 масс Юпитера.  

Описание

Эти визитки иллюстрируют внутренние модели планет-гигантов. Юпитер изображен со скалистым ядром, перекрытым глубоким слоем металлического водорода .

Гигантская планета - это массивная планета с плотной атмосферой из водорода и гелия . У них может быть плотное расплавленное ядро ​​из скалистых элементов, или ядро ​​могло полностью раствориться и рассредоточиться по всей планете, если планета достаточно горячая. На «традиционных» планетах-гигантах, таких как Юпитер и Сатурн (газовые гиганты), водород и гелий составляют большую часть массы планеты, тогда как они составляют только внешнюю оболочку на Уране и Нептуне , которые вместо этого в основном состоят из воды , аммиака. , и метан, и поэтому все чаще называют « ледяными гигантами ».

Внесолнечные планеты-гиганты, вращающиеся очень близко к своим звездам, - это экзопланеты , которые легче всего обнаружить. Их называют горячими юпитерами и горячими Нептунами, потому что они имеют очень высокую температуру поверхности. Горячие юпитеры до появления космических телескопов были наиболее распространенной формой известных экзопланет из-за относительной легкости обнаружения их с помощью наземных инструментов.

Обычно говорят, что у планет-гигантов нет твердых поверхностей, но точнее будет сказать, что у них нет поверхностей вообще, поскольку составляющие их газы просто становятся все тоньше и тоньше с увеличением расстояния от центров планет, в конечном итоге становясь неотличимыми от межпланетной среды. Следовательно, посадка на гигантскую планету может быть или невозможна, в зависимости от размера и состава ее ядра.

Подтипы

Газовые гиганты

Северный полярный вихрь Сатурна

Газовые гиганты состоят в основном из водорода и гелия. У газовых гигантов Солнечной системы, Юпитера и Сатурна , более тяжелые элементы составляют от 3 до 13 процентов их массы. Считается, что газовые гиганты состоят из внешнего слоя молекулярного водорода , окружающего слой жидкого металлического водорода , с вероятным расплавленным ядром каменного состава.

Самая удаленная часть водородной атмосферы Юпитера и Сатурна имеет много слоев видимых облаков, которые в основном состоят из воды и аммиака. Слой металлического водорода составляет основную часть каждой планеты и называется «металлическим», потому что очень высокое давление превращает водород в электрический проводник. Считается, что ядро ​​состоит из более тяжелых элементов при таких высоких температурах (20 000 К) и давлениях, что их свойства плохо изучены.

Ледяные гиганты

Внутренний состав ледяных гигантов резко отличается от газовых гигантов. У ледяных гигантов Солнечной системы, Урана и Нептуна , есть богатая водородом атмосфера, которая простирается от вершин облаков до примерно 80% (Уран) или 85% (Нептун) их радиуса. Ниже они преимущественно «ледяные», т.е. состоят в основном из воды, метана и аммиака. Есть также камни и газ, но лед, камень и газ в различных пропорциях могут имитировать чистый лед, поэтому точные пропорции неизвестны.

Уран и Нептун имеют очень туманные слои атмосферы с небольшим количеством метана, что придает им аквамариновый цвет; голубой и ультрамарин соответственно. Оба имеют магнитные поля, которые резко наклонены к их осям вращения.

В отличие от других планет-гигантов, Уран имеет экстремальный наклон, из-за которого времена года резко выражены. У этих двух планет есть и другие тонкие, но важные различия. Уран имеет больше водорода и гелия, чем Нептун, несмотря на то, что в целом он менее массивен. Таким образом, Нептун более плотный, имеет гораздо больше внутреннего тепла и более активную атмосферу. Модель Ниццы , по сути, предполагает, что Нептун сформировался ближе к Солнцу, чем Уран, и поэтому должен иметь более тяжелые элементы.

Массивные твердые планеты

Могут существовать и массивные твердые планеты .

Твердые планеты массой до тысяч масс Земли могут образовываться вокруг массивных звезд (звезд B-типа и O-типа ; 5–120 солнечных масс), где протопланетный диск будет содержать достаточно тяжелых элементов. Кроме того, эти звезды имеют высокое ультрафиолетовое излучение и ветры, которые могут фотоиспарить газ в диске, оставляя только тяжелые элементы. Для сравнения: масса Нептуна равна 17 массам Земли, у Юпитера - 318 масс Земли, а предел масс Юпитера в 13 масс, используемый в рабочем определении МАС для экзопланеты, равняется примерно 4000 масс Земли.

Супер-пуховики

Супер-слоеное это тип экзопланета с массой всего в несколько раз больше , чем Земля «s , но радиус больше , чем Нептун , придавая ему очень низкую среднюю плотность . Они холоднее и менее массивны, чем надутые горячие юпитеры малой плотности .

Самыми яркими известными примерами являются три планеты вокруг Кеплера-51, которые имеют размер Юпитера, но с плотностью ниже 0,1 г / см 3 .

Внесолнечные планеты-гиганты

Художественная концепция 79 Кита b , первой внесолнечной планеты-гиганта с минимальной массой меньше Сатурна.
Сравнение размеров планет заданной массы с разным составом

Из-за ограниченных методов, доступных в настоящее время для обнаружения экзопланет , многие из обнаруженных к настоящему времени имели размер, связанный в Солнечной системе с планетами-гигантами. Поскольку предполагается, что эти большие планеты имеют больше общего с Юпитером, чем с другими планетами-гигантами, некоторые утверждали, что «планеты-гиганты» - более точный термин для них. Многие из экзопланет намного ближе к своим родительским звездам и, следовательно, намного горячее, чем планеты-гиганты в Солнечной системе, что позволяет предположить, что некоторые из этих планет не наблюдаются в Солнечной системе. Учитывая относительное содержание элементов во Вселенной (примерно 98% водорода и гелия), было бы удивительно найти преимущественно скалистую планету, более массивную, чем Юпитер. С другой стороны, модели формирования планетных систем предполагают, что планетам-гигантам будет запрещено формироваться так же близко к своим звездам, как многие из внесолнечных планет-гигантов, которые наблюдались на орбите.

Атмосфера

Полосы, наблюдаемые в атмосфере Юпитера, возникают из-за встречных потоков материала, называемых зонами и поясами, которые окружают планету параллельно ее экватору. Зоны являются более светлыми и находятся на больших высотах в атмосфере. Они имеют внутренний восходящий поток и являются областями высокого давления. Пояса представляют собой более темные полосы, находятся ниже в атмосфере и имеют внутренний нисходящий поток. Это районы низкого давления. Эти структуры в некоторой степени аналогичны ячейкам высокого и низкого давления в атмосфере Земли, но они имеют совершенно другую структуру - широтные полосы, которые окружают всю планету, в отличие от небольших замкнутых ячеек давления. Похоже, это результат быстрого вращения и основной симметрии планеты. Нет океанов или суши, вызывающих локальное нагревание, а скорость вращения намного выше, чем у Земли.

Есть и более мелкие структуры: пятна разного размера и цвета. На Юпитере наиболее заметной из этих особенностей является Большое красное пятно , которое существует не менее 300 лет. Эти сооружения представляют собой огромные штормы. Некоторые такие пятна также являются грозовыми.

Смотрите также

использованная литература

Библиография

  • SPACE.com: Вопросы и ответы: Предложенное МАС определение планеты, 16 августа 2006 г., 2:00 утра по восточному времени.
  • BBC News: вопросы и ответы Предложение по новым планетам Среда, 16 августа 2006 г., 13:36 GMT 14:36, Великобритания

внешние ссылки