Ледяной гигант — планета -гигант, состоящая в основном из элементов тяжелее водорода и гелия , таких как кислород , углерод , азот и сера . В Солнечной системе есть два ледяных гиганта : Уран и Нептун .
В астрофизике и планетологии термин «льды» относится к летучим химическим соединениям с температурой замерзания выше 100 К , таким как вода , аммиак или метан , с точками замерзания 273 К (0°С), 195 К (-78°С). C) и 91 K (-182°C) соответственно (см. Летучие вещества ). В 1990-х годах было установлено, что Уран и Нептун представляют собой отдельный класс планет-гигантов, отдельный от других планет-гигантов, Юпитера и Сатурна , газовых гигантов , преимущественно состоящих из водорода и гелия. [1]
Таким образом, Нептун и Уран теперь называются ледяными гигантами . Не имея четко определенных твердых поверхностей, они в основном состоят из газов и жидкостей. Составляющие их соединения были твердыми, когда они были в основном включены в состав планет во время их формирования либо непосредственно в виде льда, либо в ловушке водяного льда. Сегодня очень мало воды на Уране и Нептуне осталось в виде льда. Вместо этого вода в основном существует как сверхкритическая жидкость при температурах и давлениях внутри них. [2] Уран и Нептун состоят только из примерно 20% водорода и гелия по массе, по сравнению с газовыми гигантами Солнечной системы , Юпитером и Сатурном, которые состоят более чем на 90% из водорода и гелия по массе.
В 1952 году писатель-фантаст Джеймс Блиш ввел термин « газовый гигант » [3] и использовал его для обозначения больших внеземных планет Солнечной системы . Однако с конца 1940-х [4] считалось , что составы Урана и Нептуна значительно отличаются от составов Юпитера и Сатурна . Они в основном состоят из элементов тяжелее водорода и гелия , составляя отдельный тип планет -гигантов.вообще. Поскольку во время своего формирования Уран и Нептун включали свой материал либо в виде льда, либо в виде газа, заключенного в водяной лед, в обиход вошел термин « ледяной гигант » . [2] [4] В начале 1970-х терминология стала популярной в научно-фантастическом сообществе, например, Bova (1971), [5] , но самое раннее научное использование терминологии, вероятно, было сделано Dunne & Burgess (1978) [6] . ] в отчете НАСА. [7]
Моделирование образования земных и газовых гигантов является относительно простым и бесспорным . Общеизвестно, что планеты земной группы Солнечной системы образовались в результате столкновительного накопления планетезималей внутри протопланетного диска . Считается , что газовые гиганты — Юпитер , Сатурн и их внесолнечные планеты-двойники — сформировали твердые ядра массой около 10 земных масс ( M Earth ) в результате того же процесса, в то же время аккрецируя газовые оболочки из окружающей солнечной туманности .в течение от нескольких до нескольких миллионов лет ( млн лет ), [8] [9] , хотя недавно были предложены альтернативные модели формирования ядра, основанные на аккреции гальки . [10] Вместо этого некоторые экзопланеты-гиганты могли образоваться из-за нестабильности гравитационного диска. [9] [11]
Формирование Урана и Нептуна в результате аналогичного процесса аккреции ядра гораздо более проблематично. Скорость убегания малых протопланет примерно в 20 астрономических единицах (а.е.) от центра Солнечной системы была бы сравнима с их относительными скоростями . Такие тела, пересекающие орбиты Сатурна или Юпитера, могли бы быть отправлены по гиперболическим траекториям , выбрасывая их из системы. Такие тела, подхваченные газовыми гигантами, также, вероятно, просто аккрецируются в более крупные планеты или выбрасываются на кометные орбиты. [11]