Между планетами внутренней и внешней Солнечной системы есть некоторые резкие различия. Планеты, расположенные ближе к Солнцу, - это земной (т.е. каменистые) по своей природе, что означает, что они состоят из силикатных минералов и металлов. Однако за пределами пояса астероидов планеты преимущественно состоят из газов и намного больше своих земных собратьев.
Вот почему астрономы используют термин «газовые гиганты», когда относятся к планетам внешней Солнечной системы. Чем больше мы узнаем об этих четырех планетах, тем больше понимаем, что нет двух абсолютно одинаковых газовых гигантов. Кроме того, продолжаются исследования планет за пределами нашей Солнечной системы (также известные как « внесолнечные планеты «) Показал, что есть много типов газовых гигантов, которые не соответствуют солнечным примерам. Так что же такое «газовый гигант»?
Определение и классификация:
По определению, газовый гигант - это планета, состоящая в основном из водорода и гелия. Название было первоначально придумано в 1952 году Джеймсом Блишем, писателем-фантастом, который использовал этот термин для обозначения всех планет-гигантов. По правде говоря, этот термин является чем-то вроде неправильного употребления, поскольку эти элементы в основном принимают жидкую и твердую форму внутри газового гиганта в результате условий экстремального давления, которые существуют внутри.
Четыре газовых гиганта Солнечной системы (справа налево): Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения.
Более того, считается, что газовые гиганты имеют большие концентрации металлических и силикатных материалов в их ядрах. Тем не менее, этот термин оставался популярным на протяжении десятилетий и относился ко всем планетам - будь то солнечные или внесолнечные по своей природе, - которые в основном состоят из газов. Это также согласуется с практикой ученых-планетологов, которые используют сокращенные обозначения - то есть «камень», «газ» и «лед» - для классификации планет на основе наиболее часто встречающихся в них элементов.
Отсюда разница между Юпитер а также Сатурн на то и, и Уран а также Нептун с другой. Из-за высокой концентрации летучих веществ (таких как вода, метан и аммиак) в последних двух, которые планетологи классифицируют как «льды», эти две планеты-гиганты часто называют «ледяными гигантами». Но поскольку они состоят в основном из водорода и гелия, они по-прежнему считаются газовыми гигантами наряду с Юпитером и Сатурном.
Классификация:
Сегодня газовые гиганты делятся на пять классов на основе схемы классификации, предложенной Дэвидом Сударки (и др.) В исследовании 2000 года. Названный « Альбедо и спектры отражения внесолнечных планет-гигантов «Сударский и его коллеги выделили пять различных типов газовых гигантов на основе их внешнего вида и альбедо, а также того, как на это влияет расстояние от их звезды.
Класс I: Аммиачные облака -этот класс относится к газовым гигантам, в облике которых преобладают облака аммиака и которые находятся во внешних регионах планетной системы. Другими словами, это применимо только к планетам, которые находятся за «линией Мороза», расстоянием в солнечной туманности от центральной протозвезды, где летучие соединения - то есть вода, аммиак, метан, углекислый газ, окись углерода - конденсируются в твердые зерна льда. .
Эти вырезы иллюстрируют внутренние модели планет-гигантов. Юпитер изображен со скалистым ядром, перекрытым глубоким слоем металлического водорода. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения.
Класс II: Водные облака -это относится к планетам, средняя температура которых обычно ниже 250 К (-23 ° C; -9 ° F), и поэтому они слишком теплые, чтобы образовывать облака аммиака. Вместо этого у этих газовых гигантов есть облака, которые образованы из конденсированного водяного пара. Поскольку вода обладает большей отражающей способностью, чем аммиак, газовые гиганты класса II имеют более высокое альбедо.
Класс III: Безоблачный -этот класс применяется к газовым гигантам, которые обычно более теплые - от 350 K (80 ° C; 170 ° F) до 800 K (530 ° C; 980 ° F) - и не образуют облачного покрова, поскольку в них отсутствуют необходимые химические вещества. Эти планеты имеют низкое альбедо, поскольку они не отражают столько света в космос. Эти тела также будут выглядеть как прозрачные голубые шары из-за того, как метан в их атмосфере поглощает свет (например, Уран и Нептун).
Класс IV: Щелочные металлы -Этот класс планет испытывает температуру, превышающую 900 К (627 ° C; 1160 ° F), после чего окись углерода становится доминирующей молекулой, несущей углерод в их атмосферах (а не метаном). Содержание щелочных металлов также существенно возрастает, и слои силикатов и металлов образуются глубоко в их атмосферах. Планеты, принадлежащие к классам IV и V, называются «горячими юпитерами».
Класс V: Силикатные облака -это относится к самым горячим из газовых гигантов с температурами выше 1400 К (1100 ° C; 2100 ° F) или к более холодным планетам с меньшей гравитацией, чем Юпитер. Для этих газовых гигантов силикат а также железо Считается, что облачные колоды находятся высоко в атмосфере. В первом случае такие газовые гиганты, вероятно, светятся красным от теплового излучения и отраженного света.
Художественная концепция экзопланеты «горячий Юпитер», газового гиганта, вращающегося очень близко к своей звезде. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт).
Экзопланеты:
Изучение экзопланет также выявило множество других типов газовых гигантов, которые более массивны, чем солнечные аналоги (также известные как Супер-Юпитеры), а также многие из них сопоставимы по размеру. Другие открытия были в разы меньше своих солнечных собратьев, а некоторые были настолько массивными, что просто стеснялись стать звездой. Однако, учитывая их удаленность от Земли, их спектры и альбедо не всегда могут быть точно измерены.
Таким образом, охотники за экзопланетами склонны определять внесолнечных газовых гигантов на основании их видимых размеров и расстояний от их звезд. В первом случае их часто называют «Супер-Юпитерами», размером с Юпитер и Нептун. На сегодняшний день эти типы экзопланет составляют большинство открытий сделан Кеплер и другие миссии, поскольку их большие размеры и большие расстояния от звезд делают их наиболее легко обнаруживаемыми.
С точки зрения расстояния до Солнца, охотники за экзопланетами делят внесолнечных газовых гигантов на две категории: «холодные газовые гиганты» и «горячие юпитеры». Как правило, холодные, богатые водородом газовые гиганты массивнее Юпитера, но менее 1,6 массы Юпитера и лишь немного больше по объему, чем Юпитер. Для масс выше этой гравитация заставит планеты сжиматься.
Исследования экзопланет также выявили класс планет, известный как «газовые карлики», который применим к водородным планетам, которые не так велики, как газовые гиганты Солнечной системы. Было замечено, что эти звезды движутся по орбите рядом с соответствующими звездами, в результате чего они теряют атмосферную массу быстрее, чем планеты, вращающиеся на больших расстояниях.
Для газовых гигантов, которые занимают диапазон масс от 13 до 75-80 масс Юпитера, используется термин «коричневый карлик». Это обозначение зарезервировано для самых крупных планетных / субзвездных объектов; Другими словами, объекты невероятно большие, но недостаточно массивные, чтобы подвергнуться ядерному синтезу в их ядре и стать звездой. Ниже этого диапазона находятся суб-коричневые карлики, а все, что выше, известно как самые легкие звезды красного карлика (M9 V).
Художественная концепция коричневого карлика Т-типа. Предоставлено: Tyrogthekreeper / Wikimedia Commons.
Как и все астрономические объекты, газовые гиганты разнообразны, сложны и безмерно увлекательны. Между миссиями, направленными на непосредственное исследование газовых гигантов нашей Солнечной системы, и все более сложными исследованиями далеких планет, наши знания об этих загадочных объектах продолжают расти. А вместе с этим и наше понимание того, как формируются и развиваются звездные системы.
Мы написали много интересных статей о газовых гигантах на сайте Universe Today. Вот Планета Юпитер , Планета Сатурн , Планета Уран , Планета Нептун , Что такое планеты-гиганты? , Что такое внешние планеты Солнечной системы? , Что внутри газового гиганта? , а также На каких планетах есть кольца?
Для получения дополнительной информации посетите НАСА Исследование Солнечной системы .
В Astronomy Cast также есть несколько отличных эпизодов на эту тему. Вот Эпизод 56: Юпитер для начала!
Источники:
