Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
О гигантской планете, известной как Гигантия во вселенной Трансформеров , см. Трансформеры: Кибертрон .
Четыре планеты-гиганта Солнечной системы на фоне Солнца в масштабе
Относительные массы планет-гигантов внешней Солнечной системы

Гигантская планета любая планета 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 . [1] 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. [2] Одна школа мысли основана на образовании; другой - о физике интерьера. [2] Часть дебатов касается того, должны ли "коричневые карлики" по определению испытывать ядерный синтез в какой-то момент своей истории.

Терминология [ править ]

Термин « газовый гигант» был придуман в 1952 году писателем-фантастом Джеймсом Блишем 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. [3] За исключением верхних слоев атмосферы, [4] вся материя, вероятно, находится за критической точкой , где нет различия между жидкостями и газами. Жидкая планета было бы более точным термином. Юпитер также имеет металлический водородвблизи его центра, 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 горной породой они подразумевают кремний , а подгаз они означают 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. Имея в виду эту терминологию, некоторые астрономы начали называть Уран и Нептун ледяными гигантами, чтобы указать на преобладание льдов (в жидкой форме) в их внутреннем составе. [5]

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 похожи на Юпитер.

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 . Ограничение массы 13 Юпитера ( М Дж ) - это скорее практическое правило, чем что-то точное физическое значение. Большие объекты будут сжигать большую часть дейтерия и поменьше будет гореть только немного, и 13 M J значение находится где - то между ними. [6] Количество сожженного дейтерия зависит не только от массы, но и от состава планеты, особенно от количества гелия. и дейтерий присутствует. [7] экзопланет Энциклопедия включает в себя объекты до 60 масс Юпитера, [8] и Exoplanet Проводник данных до 24 масс Юпитера. [9]

Описание [ править ]

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

Гигантская планета - это массивная планета с плотной атмосферой из водорода и гелия . Они могут иметь плотное расплавленное ядро ​​из скалистых элементов или ядро ​​могло полностью раствориться и рассредоточиться по всей планете, если планета достаточно горячая. [10] В «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 вода , аммиак и метани поэтому все чаще называют « ледяными гигантами ».

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

Обычно говорят, что у планет-гигантов отсутствуют твердые поверхности, но точнее будет сказать, что у них нет поверхностей в целом, 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 [ править ]

Газовые гиганты [ править ]

Основная статья: Газовый гигант
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. [11] 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. [11]

Ледяные великаны [ править ]

Основная статья: Ледяной гигант

Внутренний состав ледяных гигантов сильно 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-газ в различных пропорциях могут имитировать чистый лед, поэтому точные пропорции неизвестны. [12]

Уран и Нептун имеют очень туманные слои атмосферы с небольшим количеством метана, что придает им аквамариновый цвет; светло-голубой и ультрамарин соответственно. [ требуется уточнение ] У обоих есть 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 содержит больше водорода и гелия, чем Нептун, хотя 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 [ править ]

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. [13] 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. [13]

Super-Puffs [ править ]

Основная статья: Super-puff

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 . [14] Они холоднее и менее массивны, чем надутые горячие юпитеры низкой плотности . [14]

Самыми яркими известными примерами являются три планеты вокруг Кеплера-51, которые все имеют размер Юпитера, но с плотностью ниже 0,1 г / см 3 . [14]

Внесолнечные планеты-гиганты [ править ]

Художественная концепция 79 Кита b , первой внесолнечной планеты-гиганта с минимальной массой меньше Сатурна.
Сравнение размеров планет заданной массы разного состава
Смотрите также: Горячий Юпитер , Супер-Юпитер , Суб-коричневый карлик и Коричневый карлик.

Из-за ограниченных методов, доступных в настоящее время для обнаружения экзопланет , многие из обнаруженных на сегодняшний день были размером, связанным 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 близко к своим звездам, как многие из внесолнечных планет-гигантов, которые наблюдались на орбите.

Атмосфера [ править ]

Полосы в атмосфере Юпитеравозникают 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 регионы 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 - огромные штормы. Некоторые из таких пятен также являются грозовыми.

См. Также [ править ]

  • Хтонская планета
  • Планетная система
  • Классификация сударского газового гиганта
  • Земная планета
  • Тихе (гипотетическая планета)
  • Планета девять

Ссылки [ править ]

  1. ^ Lunine, Jonathan I. (сентябрь 1993). «Атмосферы Урана и Нептуна». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики . 31 : 217–263. Bibcode : 1993ARA & A..31..217L . DOI : 10.1146 / annurev.aa.31.090193.001245 .
  2. ^ a b Бургассер, AJ (июнь 2008 г.). «Коричневые карлики: несостоявшиеся звезды, суперюпитеры» (PDF) . Физика сегодня . Архивировано из оригинального ( PDF ) 8 мая 2013 года . Проверено 11 января +2016 .
  3. ^ D'Angelo, G .; Durisen, RH; Лиссауэр, Дж. Дж. (2011). «Формирование планеты-гиганта». В С. Сигере. (ред.). Экзопланеты . Университет Аризоны Press, Тусон, Аризона. С. 319–346. arXiv : 1006,5486 . Bibcode : 2010exop.book..319D .
  4. ^ D'Angelo, G .; Weidenschilling, SJ; Лиссауэр, JJ; Боденхаймер, П. (2021). «Рост Юпитера: образование дисков из газа и твердых тел и эволюция до современной эпохи». Икар . 355 : 114087. arXiv : 2009.05575 . Bibcode : 2021Icar..35514087D . DOI : 10.1016 / j.icarus.2020.114087 .
  5. ^ Джек Дж. Лиссауэр; Дэвид Дж. Стивенсон (2006). «Формирование планет-гигантов» (PDF) . Исследовательский центр Эймса НАСА; Калифорнийский технологический институт . Архивировано из оригинального (PDF) 26 февраля 2009 года . Проверено 16 января 2006 .
  6. ^ Bodenheimer, P .; D'Angelo, G .; Лиссауэр, JJ; Фортни, Джей Джей; Саумон, Д. (2013). «Горение дейтерия на массивных планетах-гигантах и ​​маломассивных коричневых карликах, образованных в результате аккреции ядер». Астрофизический журнал . 770 (2): 120 (13 с.). arXiv : 1305.0980 . Bibcode : 2013ApJ ... 770..120B . DOI : 10.1088 / 0004-637X / 770/2/120 .
  7. ^ Предел массы сжигания дейтерия для коричневых карликов и гигантских планет , Дэвид С. Шпигель, Адам Берроуз, Джон А. Милсом
  8. ↑ Экзопланеты против коричневых карликов: взгляд CoRoT и будущее , Жан Шнайдер, 4 апреля 2016 г.
  9. ^ Райт, JT; Fakhouri, O .; Марси, GW; Han, E .; Feng, Y .; Джонсон, Джон Ашер; Ховард, AW; Фишер Д.А.; Валенти, JA; Андерсон, Дж .; Пискунов, Н. (2010). "База данных орбит экзопланеты". Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 123 (902): 412–422. arXiv : 1012,5676 . Bibcode : 2011PASP..123..412W . DOI : 10.1086 / 659427 .
  10. ^ Растворимость скалистого ядра в Юпитере и гигантских экзопланетах , Хью Ф. Уилсон, Буркхард Милитцер, 2011
  11. ^ a b Внутреннее пространство Юпитера, Гийо и др., в Юпитер: планета, спутники и магнитосфера , Багенал и др., редакторы, Cambridge University Press, 2004
  12. ^ Л. Макфадден; П. Вайсман; Т. Джонсон (2007). Энциклопедия Солнечной системы (2-е изд.) . Академическая пресса . ISBN 978-0-12-088589-3.
  13. ^ a b Seager, S .; Kuchner, M .; Иер-Маджумдер, Калифорния; Милитцер, Б. (2007). «Соотношения масс-радиусов для твердых экзопланет». Астрофизический журнал . 669 (2): 1279–1297. arXiv : 0707.2895 . Bibcode : 2007ApJ ... 669.1279S . DOI : 10,1086 / 521346 .
  14. ^ a b c Спектры передачи двух супер-паффовых планет , Джессика Э. Либби-Робертс, Закори К. Берта-Томпсон, Жан-Мишель Дезерт, Кенто Масуда, Кэролайн В. Морли, Эрик Д. Лопес, Кэтрин М. Палуба, Дэниел Фабрики, Джонатан Дж. Фортни, Майкл Р. Лайн, Роберто Санчис-Охеда, Джошуа Н. Винн, 28 октября 2019 г.

Библиография [ править ]

  • 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 [ править ]

  • SPACE.com: Вопросы и ответы: Определение планеты, предложенное МАС 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
  • Газовые гиганты в научной фантастике: [1]
  • Эпизод "гигантов" на The Channel Science Show TV Планет