Планеты-гиганты – это большие планеты, масса которых примерно в 10 и более раз превышает массу Земли. Они также преимущественно состоят из жидкости или газа, особенно из водорода и гелия. Они в основном состоят из материалов с низкой температурой кипения, таких как газы или льды. Кроме того, в Солнечной системе известны четыре планеты-гиганта: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Планеты-гиганты также называются юпитерианскими планетами, в честь Юпитера. Их также называют газовыми гигантами. Однако многие астрономы теперь применяют термин газовые гиганты только к Юпитеру и Сатурну, представляя Уран и Нептун, которые имеют различный состав, как ледяные гиганты.
Образование
Прежде всего, все планеты-гиганты состоят из флюидов выше их критических точек, где отдельные газовые и жидкие фазы не существуют. Гигантская планета-это массивная планета, и у них может быть тяжелое расплавленное ядро из скалистых элементов, или ядро может полностью раствориться и рассеяться по всей планете, если планета достаточно горячая. Основными компонентами в случае Юпитера и Сатурна являются водород и гелий, в то время как вода, аммиак и метан в случае Урана и Нептуна. Термин “газовый гигант” был придуман в 1952 году писателем-фантастом Джеймсом Блишем и в основном использовался для обозначения всех планет-гигантов.
Обычно считается, что на планетах-гигантах нет твердых поверхностей, но правильнее сказать, что их вообще нет, поскольку газы, которые их содержат, просто продолжают становиться все тоньше и тоньше с увеличением расстояния от центра планет, в конце концов становясь неотличимыми от межпланетной среды. Поэтому посадка на гигантскую планету может быть или не быть возможной, в зависимости от размера и состава ее ядра.
Экзопланеты
Экзопланетами, которые, как считается, вращаются очень близко к своим звездам, называют экзопланеты, которые довольно легко обнаружить. Их также называют горячими Юпитерами и горячими Нептунами, поскольку они имеют очень высокие температуры поверхности. До появления космических телескопов горячие Юпитеры считались наиболее распространенной формой известных экзопланет из-за относительной легкости их обнаружения наземными приборами. Юпитер и Сатурн имеют радиус в диапазоне от 60 000 км до 72 000 км, в то время как Уран и Нептун несколько меньше с радиусом примерно Земли.
Основные факты
Гигантские внешние планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун являются самыми крупными планетными телами в Солнечной системе, и вместе они составляют около 99,56% массы планеты. Хотя они остаются очень далеко от Земли, огромные физические размеры Юпитера и Сатурна все еще были легко видны древним. Однако два других “гиганта”, Уран и Нептун, заметно меньше и настолько дальше от Земли, что они были неизвестны до появления телескопов, хотя на самом деле Уран просто виден невооруженным глазом. Уран был открыт случайно в 1781 году Уильямом Гершелем.
Все планеты-гиганты вращаются очень быстро, и форма планет меняется под действием центробежных сил, которые возникают. Таким образом, все планеты-гиганты, особенно Юпитер и Сатурн, находятся в особом уединении, а их межполюсный диаметр меньше экваториального. Еще одно ключевое различие между внутренними земными планетами, такими как Земля, и планетами-гигантами заключается в том, что планеты-гиганты имеют удивительно низкую плотность, которая примерно равна воде и аналогична плотности Солнца, имеющего плотность 1,41 г см. Таким образом, хотя мы знаем, что Земля-скалистое тело, внешние планеты должны состоять преимущественно из гораздо более легких материалов. На самом деле, теперь известно, что планеты-гиганты вообще не имеют твердой каменистой “поверхности”, а вместо этого являются газообразными по своей природе.
Модель зародышевой аккреции ядра предполагала слияние планетезимальной аккреции и гравитационного накопления газа. Согласно этой модели, Начальные стадии роста планеты газового гиганта идентичны таковым у планеты земной. Пыль оседает к средней плоскости протопланетного диска, агломерируется в планетезимали размером с километр, которые продолжают расширяться в более крупные твердые тела путем парных неупругих столкновений. Вместе с ростом планеты ее гравитационный потенциал становится глубже, и когда ее скорость также начинает выходить за пределы тепловой скорости газа в окружающем диске. Далее он начинает собирать газовую оболочку. Газовая оболочка в основном оптически тонкая и изотермическая по отношению к окружающему протопланетному диску, но по мере накопления массы она становится оптически Толстой и более горячей с увеличением глубины. В то время как гравитация планеты притягивает к себе газ из окружающего диска, тепловое давление от существующей оболочки ограничивает аккрецию.
Для большей части эпохи роста планеты основным ограничением накопления газа является ее тенденция излучать гравитационную энергию, обеспечиваемую аккрецией планетезималей и сжатием оболочки; эта потеря энергии важна для дальнейшего сжатия оболочки и позволяет большему количеству газа достичь поверхности, на которой доминирует гравитация планеты. Размер гравитационной области планеты состоит из большей части сферы холма планеты, радиус которой, RH, задается:
RH = M 3M? 1/3 Р
В этом случае M и 3M-массы планеты и звезды, а r-расстояние между этими двумя телами. Наконец, увеличение массы планеты и излучение энергии позволяют оболочке быстро сжиматься.
Факты, основанные на последних исследованиях
Юпитер: Космический аппарат НАСА “Юнона” в 2016 году изучал кольца планеты, которые было трудно достичь, потому что они гораздо тоньше, чем у Сатурна. Юнона обнаружила, что элементы, регулирующие полярные сияния Юпитера, отличаются от земных. Он также раскрыл некоторые важные сведения об атмосфере, такие как обнаружение снега, исходящего из высокогорных облаков. Тем временем ученые с помощью космического телескопа “Хаббл” провели детальные исследования Большого красного пятна Юпитера, наблюдая, как оно сжимается и усиливается в цвете.
Сатурн: Космический аппарат “Кассини” провел более десятка лет исследований на Сатурне в 2017 году. Но исследование Кассини, которая была проведена, все еще очень сильно прогрессирует, так как ученые изучили работу за многие годы ее работы на Сатурне. В последние месяцы миссия проанализировала гравитацию Сатурна и его магнитные поля, посмотрела на кольца под другим углом, чем раньше, и нырнула в атмосферу по замыслу, то есть шаг, который продемонстрирует больше о структуре атмосферы.
Уран: Бури Урана – частая цель как для профессиональных телескопов, так и для астрономов-любителей, которые наблюдают, как они меняются и растут с течением времени. Ученые также намерены узнать о структуре его колец и о том, что представляет собой его атмосфера. Уран также может иметь несколько троянских астероидов, то есть астероидов, находящихся на той же орбите, что и планета. Первый из них был обнаружен в 2013 году.
Нептун: Сверхштормы на Нептуне также рассматриваются как интересная цель. В 2018 году эти исследования снова принесли свои плоды, поскольку работа космического телескопа “Хаббл” показала, что давняя буря теперь сокращается. Исследователи также заметили, что шторм исчезает не так, как ожидали их модели, что показывает, что наше понимание атмосферы Нептуна все еще требует некоторого уточнения.
Ссылки:
-
Formation of Giant Planets – Wayback Machine
-
Giant planets – Nature Research
-
Giant planets: Facts About the Outer Planets – Space.com
