Газовый гигант что это значит

Газовый гигант

Термин «газовый гигант» был придуман в 1952 году писателем-фантастом Джеймсом Блишем и долгое время использовался для обозначения всех планет-гигантов в Солнечной системе. Но с 1990-х годов, с уточнением наших знаний об этих планетах, он был зарезервирован для Юпитера и Сатурна, а также для экзопланет со сходным составом и структурой.

Таким образом, гигантская газовая планета — также называемая планетой Юпитера, иногда даже гигантом, в отношении Юпитера — это планета, состоящая в основном из легких газов, то есть из водорода и гелия. С другой стороны, Уран и Нептун обладают значительным слоем водяного льда, метана и аммиака. Этот второй особый класс планет называют «ледяным гигантом».

Ледяные гиганты содержат только около 20% водорода и гелия по массе, в отличие от газовых гигантов нашей Солнечной системы, Юпитера и Сатурна, которые содержат более 90% водорода и гелия.

Сравнение общепринятых моделей недр газовых гигантов (Юпитер, Сатурн) и ледяных (Уран, Нептун). У всех них будет небольшое скалистое ядро, но оно будет заключено в слои разного состава и состояния, что оправдывает разделение на два основных класса планет-гигантов в нашей Солнечной системе. Размеры сравниваются с Землей.

Горячие Юпитеры и Суперюпитеры

Мы обязаны американскому астроному немецкого происхождения Руперту Вильдту, первым предложившем широко используемыми моделями внутренней части планет Юпитера и Сатурна, а именно, по сути, небольшого скалистого ядра, покрытого толстым слоем нескольких ледяных щитов внутри обширной текучей атмосферы, состоящей, в первую очередь, из водорода и гелия. Эти модели также применимы к Урану и Нептуну, за исключением того, что, как отмечалось выше, у этих гигантов должна быть гораздо большая ледяная мантия, окружающая скалистое ядро. Температура Юпитера будет доведена до температуры порядка 20 000 К и, конечно, гигантское давление, которое трудно воспроизвести в лабораториях на Земле.

В последние десятилетия модели гигантов были уточнены. Водородная и гелиевая жидкость Юпитера и Сатурна, жидкая на большой глубине, также станет твердой вместе с водородом, который приобретет даже металлические, а то и сверхпроводящие свойства. Метан и аммиак также могут привести к образованию алмазов внутри Нептуна.

Открытие экзопланет привело к появлению нескольких классов газовых гигантов, определяемых их температурой, а, следовательно, и расстоянием от звезды хозяина, а также их массой. Таким образом, мы говорим об очень горячем Юпитере, горячем Юпитере, умеренном Юпитере и холодном Юпитере. Самые массивные газовые планеты-гиганты тогда называют Суперюпитерами.

Ведутся дискуссии о том, какая масса требуется для того, чтобы стать газовым гигантом, а какая — коричневым карликом, а значит, и звездой. Часто используемым критерием является масса, которая была бы достаточной для плавления дейтерия, т.е. примерно в 13 раз больше, чем у Юпитера.

Источник

Газовые гиганты: факты о внешних планетах

Газовые гиганты нашей Солнечной системы — это Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Эти четыре большие планеты находятся во внешней части Солнечной системы после орбиты Марса и пояса астероидов. Юпитер и Сатурн значительно больше, чем Уран и Нептун. И каждая пара планет имеет несколько разный состав.

В нашей звездной системе есть только четыре большие планеты. Однако астрономы обнаружили тысячи подобных тел за ее пределами. В частности, используя космический телескоп NASA «Kepler». Эти экзопланеты (так их называют) изучаются в том числе и для того, чтобы узнать больше о формировании Солнечной системы.

Основные факты

Юпитер — самая большая планета в Солнечной системе. Она имеет радиус, почти в 11 раз превышающий размер Земли. По данным НАСА, у планеты 50 известных спутников. И еще 17 ожидают подтверждения. Планета в основном состоит из водорода и гелия, окружающих плотное ядро горных пород и льда. Большая часть массы Юпитера, скорее всего, состоит из жидкого металлического водорода. Который создает мощное магнитное поле. Юпитер в ночном небе виден невооруженным глазом. И был известен древним людям. Атмосфера планеты состоит в основном из водорода, гелия, аммиака и метана.

Сатурн примерно в девять раз больше Земли по радиусу. Он интересен, в основном, наличием вокруг планеты больших колец. Как они сформировались, пока неизвестно. По данным НАСА, у планеты 53 известных спутника. И еще девять ожидает подтверждения. Подобно Юпитеру, Сатурн в основном состоит из водорода и гелия, которые окружают плотное ядро. Планета тоже была известна древними культурам. Атмосфера гиганта похожа на атмосферу Юпитера.

Уран имеет радиус примерно в четыре раза больше, чем у Земли. Это единственная планета, вращающаяся как бы лежа на боку. И к тому же делает это она в противоположном направлении относительно других планет Солнечной системы, кроме Венеры. Считается, что такое вращение возникло в результате столкновения с другим огромным телом во времена формирования Солнечной системы. По данным НАСА у планеты 27 спутников. Ее атмосфера состоит из водорода, гелия и метана. Уран был открыт Уильямом Гершелем в 1781 году.

У Нептуна радиус примерно в четыре раза больше, чем у Земли. Как и у Урана, его атмосфера в основном состоит из водорода, гелия и метана. По данным НАСА у Нептуна есть 13 подтвержденных спутников. И еще один ожидает подтверждения. Нептун был открыт несколькими астрономами одновременно в 1846 году.

Супер-Земли

Ученые нашли множество «суперземель» (планет размером между размерами Земли и Нептуна) в других звездных системах. В нашей Солнечной системе нет известных «суперземель». Хотя некоторые ученые предполагают, что в наружной области Солнечной системы может существовать «Планета Девять». Ученые изучают эту категорию планет, чтобы узнать, являются ли такие объекты более похожими на маленькие газовые планеты или большие, но земного типа.

Формирование газовых гигантов

Астрономы считают, что гиганты сначала сформировались как скалистые и ледяные миры, похожие на планеты земного типа. Однако более крупный, чем у Земли, размер позволил этим планетам (в частности, Юпитеру и Сатурну) захватить водород и гелий из газового облака, из которого формировалось Солнце. Это произошло до того, как оно вобрало в себя большую часть газа.

Поскольку Уран и Нептун были меньше по размерам и имели более удаленные орбиты, им было сложнее собирать водород и гелий так же эффективно, как Юпитеру и Сатурну. Вероятно это объясняет, почему сейчас они меньше, чем их родственники. В процентном соотношении их атмосферы сильнее «загрязнены» более тяжелыми по сравнению с водородом и гелием элементами. Такими как метан и аммиак. Потому что они существенно меньше по размерам.

Ученые обнаружили уже тысячи экзопланет. Многие из них — это «горячие Юпитеры». Это гигантские газовые объекты, которые расположены очень близко к своим родительским звездам. (Скалистые миры все же более многочисленны во Вселенной, согласно оценкам «Кеплера»). Ученые предполагают, что крупные планеты могут перемещаться назад и вперед по своим орбитам, прежде чем остаться в какой-то постоянной конфигурации. Но то как именно, и на какую величину они могут перемещаться, все еще остается предметом дебатов.

У планет-гигантов есть десятки спутников. Многие формируются одновременно с родительскими планетами. Это подтверждается тем, что планеты вращаются в том же направлении, что и их спутники. Например, так вращаются огромные луны Юпитера Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Но есть и исключения.

Одна из лун Нептуна, Тритон, вращается вокруг планеты в направлении, противоположном направлению вращению Нептуна. Это позволяет предположить, что Тритон был захвачен возможно когда-то более плотной атмосферой Нептуна, когда пролетал мимо. Есть еще много крошечных лун в Солнечной системе, которые вращаются далеко от экватора их планет. Это означает, что они также были захвачены сильным гравитационным притяжением.

Текущие исследования

Юпитер

Космический аппарат НАСА «Юнона» прибыл к планете в 2016 году. И уже сделал несколько открытий. Он изучал кольца планеты, что очень трудоемко. Поскольку они намного более тонкие, чем у Сатурна. «Юнона» обнаружила, что частицы, отвечающие за полярные сияния Юпитера, отличаются от подобных частиц на Земле. Это открытие дало понимание загадок атмосферы, например, существование снега, исходящего из высотных облаков. Ученые, использующие космический телескоп «Хаббл», также подробно изучают Большое Красное пятно Юпитера. Они наблюдают за его динамикой и интенсивностью меняющихся цветов.

Сатурн

Космический аппарат «Кассини» работал более 13 лет, изучая систему Сатурна. До 2017 года. Данные, полученные «Кассини», все еще обрабатываются и анализируются учеными. В последние месяцы работы миссия изучала гравитационные и магнитные поля Сатурна, смотрела на кольца под другими углами, чем раньше, а так же преднамеренно погружалась в атмосферу.

Уран

Бури на Уране являются популярными объектами изучения как для профессиональных ученых, так и для астрономов-любителей. Они следят за тем, как бури эволюционируют и изменяются с течением времени. Ученые также заинтересованы в изучении структуры колец Урана и получении данных о том, из чего состоит его атмосфера. Уран может также иметь несколько троянских астероидов (астероидов на той же орбите, что и планета). Первый из них был обнаружен в 2013 году.

Нептун

Буря на Нептуне также является популярной целью наблюдения. И в 2018 году эти работы снова принесли свои плоды. Работа космического телескопа«Хаббл» показала, что в настоящее время шторм утихает. Исследователи отметили, что буря рассеивается иначе, чем ожидалось в результате моделирования. Это означает, что наше понимание атмосферы Нептуна по-прежнему требует уточнения.

Экзопланеты

Многие наземные телескопы ищут экзопланеты. Есть также несколько активных космических миссий, выполняющих исследования экзопланет, включая «Кеплер», «Хаббл» и «Спитцер».

В будущем планируется запуск новых миссий, целью которых будет поиск экзопланет.

Источник

Газовые гиганты

Что такое газовые гиганты?

Между планетами внутренней и внешней Солнечной системы есть некоторые существенные различия. Планеты, которые находятся ближе к Солнцу, имеют земную (то есть скалистую) природу, что означает, что они состоят из силикатных минералов и металлов. Однако за Поясом Астероидов планеты преимущественно состоят из газов и намного больше, чем их земные сверстники. Вот почему астрономы используют термин «газовые гиганты» применительно к планетам внешней Солнечной системы. Чем больше мы узнаем об этих четырех планетах, тем больше мы понимаем, что нет двух одинаковых газовых гигантов. Кроме того, продолжающиеся исследования планет за пределами нашей Солнечной системы (также называемые «солнечными планетами») показали, что существует 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 неправильным, поскольку эти элементы в значительной степени принимают жидкую и твердую форму в газовом гиганте в результате условий экстремального давления, которые существуют внутри.

Из чего состоят газовые гиганты

Более того, считается, что газовые гиганты имеют в своих ядрах большие концентрации металлического и силикатного материала. Тем не менее, этот термин остается популярным в течение десятилетий и относится ко всем планетам – будь то солнечная или сверхсолнечная по своей природе – которые состоят в основном из газов. Это также соответствует практике ученых-планетологов, которые используют сокращение – то есть «камень», «газ» и «лед» – для классификации планет на основе наиболее распространенного в них элемента.

Отсюда разница между Юпитером и Сатурном, с одной стороны, и Ураном и Нептуном, с другой. Из-за высокой концентрации летучих веществ (таких как вода, метан и аммиак) в последних двух (которые ученые-планетологи классифицируют как «льды») эти две гигантские планеты часто называют «ледяными гигантами». Но поскольку они состоят, в основном, из водорода и гелия, они все еще считаются газовыми гигантами наряду с Юпитером и Сатурном.

Классификация газовых гигантов

Сегодня газовые гиганты делятся на пять классов, основываясь на схеме классификации, предложенной Дэвидом Сударки. В исследовании 2000 года, под названием «Спектры альбедо и отражения планет внесолнечных гигантов», Сударский и его коллеги называли пять различных типов газовых гигантов, основываясь на их внешности и альбедо, и на том, как на это влияют их расстояния до звезды.

Класс I: Облака аммиака

Этот класс применяется к газовым гигантам, в облике которых преобладают облака аммиака, и которые находятся во внешних областях планетной системы. Другими словами, это относится только к планетам, которые находятся за «Ледяной линией», расстоянием в солнечной туманности от центральной протозвезды, где летучие соединения – например, вода, аммиак, метан, диоксид углерода, оксид углерода – конденсируются в твердые ледяные зерна.

Класс II: Водяные облака

Это относится к планетам, средняя температура которых обычно ниже 250 K (-23 °C; -9 °F), и поэтому они слишком теплые, чтобы образовать облака аммиака. Вместо этого, состав этих газовых гигантов включает в себя облака, которые сформированы из конденсированного водяного пара. Поскольку вода является более отражающей, чем аммиак, у газовых гигантов класса II альбедо выше.

Класс III: Безоблачный

Этот класс применяется к газовым гигантам, которые обычно теплее – от 350 К (80 °C; 170 °F) до 800 K (530 °C; 980 °F) – и не образуют облачный покров, потому что им не хватает необходимых химикатов. Эти планеты имеют низкие альбедо, так как они не отражают столько света в космосе. Эти тела также выглядят как голубые шары из-за того, что метан в их атмосфере поглощает свет (как Уран и Нептун).

Класс IV: Щелочные металлы –

Этот класс планет испытывает температуры, превышающие 900 К (627 °C; 1160 °F), и в этот момент окись углерода становится доминирующей углеродсодержащей молекулой в их атмосфере (а не метаном). Содержание щелочных металлов также значительно увеличивается, и в их атмосфере образуются облачные колоды силикатов и металлов. Планеты, относящиеся к классу IV и V, называются «горячими юпитерами».

Класс V: Силикатные облака

Самые горячие из газовых гигантов с температурой выше 1400 К (1100 °С; 2100 °F) или к более холодным планетам с меньшей гравитацией, чем газовый гигант Юпитер. Считается, что для этих газовых гигантов палубы силикатных и железных облаков находятся высоко в атмосфере. В первом случае такие газовые гиганты могут светиться красным от теплового излучения и отраженного света.

Особенности газовых гигантов – экзопланет

Изучение экзопланет также выявило множество газовых гигантов других типов, которые являются более массивными, чем солнечные аналоги (также называемые супер-юпитерами), а также множество сопоставимых с ними по размеру. Однако, учитывая их расстояние от Земли, их спектры и альбедо не всегда могут быть точно измерены.

Таким образом, охотники за экзопланетами имеют тенденцию принимать за таковые сверхсолнечные газовые гиганты, основываясь на их видимых размерах и расстояниях их от звезд. В первом случае их часто называют «супер-юпитерами». На сегодняшний день эти типы экзопланет составляют большинство открытий, сделанных «Кеплером» и другими миссиями, поскольку их большие размеры и большие расстояния от их звезд делают их наиболее легкими для обнаружения.

Различные типы экзопланет

Что касается расстояния до Солнца, то охотники за экзопланетами делят газовых гигантов сверх солнечной энергии на две категории: «гиганты холодного газа» и «горячие Юпитеры». Как правило, холодные богатые водородом газовые гиганты массой менее чем около 1,6 масс Юпитера и лишь немного больше по объему, чем он. Для масс выше этого, гравитация заставит планеты сжиматься.

Исследования экзопланет также выявили класс планет, известный как «газовые карлики», который применяется к водородным планетам, которые не столь велики, как газовые гиганты Солнечной системы. Газовые карлики образуются на значительном удалении от своих звёзд, за снеговой линией системы, и пока протопланетный диск ещё не рассеялся, мигрируют ближе к своим звёздам.

Для газовых гигантов, которые занимают диапазон масс от 13 до 75-80 масс Юпитера, используется термин «коричневый карлик». Это обозначение зарезервировано для крупнейших планетарных / субзвездных объектов; другими словами, объекты, которые являются невероятно большими, но не достаточно массивными, чтобы подвергнуться ядерному синтезу в их ядре и стать звездой. Ниже этого диапазона находятся суб-коричневые карлики, в то время как все, что выше, известно как самые легкие звезды красного карлика (M9 V).

Как и все астрономические вещи в природе, газовые гиганты разнообразны, сложны и невероятно увлекательны. Наши знания об этих загадочных объектах продолжают расти, включая понимание того, как звездные системы формируются и развиваются.

Вы можете обсудить эту статью на нашем форуме, достаточно нажать на кнопку ниже.

Источник