Гигантская планета

Четыре планеты-гиганта Солнечной системы:

( вверху ) Юпитер и Сатурн ( газовые гиганты )
( внизу ) Уран и Нептун ( ледяные гиганты )

Показаны в порядке от Солнца и в реальном цвете . Размеры не в масштабе.

Гигантская планета , иногда называемая планетой-гигантом ( Юпитер — другое имя римского бога Юпитера разнообразного типа, ), представляет собой планету намного большую, чем Земля. Гигантские планеты обычно состоят в основном из с низкой температурой кипения материалов ( летучих веществ ), а не из камня или другого твердого вещества, но могут существовать и массивные твердые планеты . четыре таких планеты В Солнечной системе : Юпитер , Сатурн , Уран и Нептун . множество внесолнечных Было обнаружено планет-гигантов.

Планеты-гиганты иногда называют газовыми гигантами , но многие астрономы теперь применяют этот термин только к Юпитеру и Сатурну, классифицируя Уран и Нептун, имеющие разный состав, как ледяные гиганты . Оба названия потенциально вводят в заблуждение; Все планеты-гиганты Солнечной системы состоят в основном из жидкостей выше своих критических точек , где не существует отдельных газовых и жидких фаз. Юпитер и Сатурн в основном состоят из водорода и гелия , тогда как Уран и Нептун состоят из воды, аммиака и метана .

определяющие различия между коричневым карликом с очень малой массой и массивным газовым гигантом ( ~ 13 МДж ₎Обсуждаются . Одна школа мысли основана на формировании планет; другой — о физике внутреннего строения планет. Часть споров касается того, должны ли коричневые карлики по определению испытывать ядерный синтез в какой-то момент своей истории. ^{[ 1 ]}

Терминология

Термин «газовый гигант» был придуман в 1952 году писателем-фантастом Джеймсом Блишом и первоначально использовался для обозначения всех планет-гигантов. Возможно, это неправильное название, поскольку на большей части объема этих планет давление настолько велико, что материя не находится в газообразной форме. ^{[ 2 ]} Кроме верхних слоев атмосферы, ^{[ 3 ]} вся материя, вероятно, находится за пределами критической точки , где нет различия между жидкостями и газами. «Жидкая планета» была бы более точным термином. Юпитера также имеется металлический водород Около центра , но большую часть его объема составляют водород, гелий и следы других газов выше их критических точек. Наблюдаемые атмосферы всех этих планет (менее единицы оптической глубины ) довольно тонкие по сравнению с их радиусами и простираются лишь на один процент пути к центру. Таким образом, наблюдаемые части являются газообразными (в отличие от Марса и Земли, имеющих газовую атмосферу, сквозь которую можно увидеть кору).

Этот довольно вводящий в заблуждение термин прижился, потому что ученые-планетологи обычно используют камень , газ и лед вещества в качестве сокращений для классов элементов и соединений, обычно встречающихся в составе планет, независимо от фазы . Во внешней Солнечной системе водород и гелий называются газом ; вода, метан и аммиак в виде льда ; и силикаты и металлы как горные породы . Когда мы рассматриваем глубокие недра планет, можно сказать, что под льдом астрономы подразумевают кислород и углерод , под горными породами они подразумевают кремний , а под газом они имеют в виду водород и гелий. Множество различий между Ураном и Нептуном и Юпитером и Сатурном привело к тому, что некоторые стали использовать этот термин только для планет, подобных двум последним. Помня об этой терминологии, некоторые астрономы начали называть Уран и Нептун ледяными гигантами , чтобы указать на преобладание льдов ( в жидкой форме) в их внутреннем составе. ^{[ 4 ]}

Альтернативный термин «планета-Юпитер» относится к римскому богу Юпитеру (родительный падеж которого — Йовис , следовательно, Юпитер ) и был предназначен для обозначения того, что все эти планеты были подобны Юпитеру.

Объекты, достаточно большие, чтобы начать дейтерия синтез (более 13 масс Юпитера для солнечного состава), называются коричневыми карликами , и они занимают диапазон масс между массами больших планет-гигантов и звезд с наименьшей массой . Обрезание массы 13 Юпитера ( MJ _. ) — это скорее эмпирическое правило, чем нечто, имеющее точное физическое значение Более крупные объекты сожгут большую часть своего дейтерия, а более мелкие — лишь немного, а значение 13 МДж _{находится} где-то посередине. ^{[ 5 ]} Количество сожженного дейтерия зависит не только от массы, но и от состава планеты, особенно от количества присутствующего гелия и дейтерия. ^{[ 6 ]} Энциклопедия внесолнечных планет включает объекты массой до 60 Юпитера, а Exoplanet Data Explorer — до 24 масс Юпитера. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}

Описание

Планета-гигант — это массивная планета с плотной атмосферой из водорода и гелия . Они могут иметь плотное расплавленное ядро из каменистых элементов или ядро может полностью раствориться и рассеяться по планете, если планета достаточно горячая. ^{[ 9 ]} 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 Урана и Нептуна , которые вместо этого в основном состоят из воды . аммиак и метан , поэтому их 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 у них очень высокая температура поверхности. Горячие Юпитеры были до появления космических телескопов наиболее распространенной формой известных экзопланет из-за относительной простоты их обнаружения с помощью наземных инструментов.

Обычно говорят, что у планет-гигантов отсутствуют твердые поверхности, но правильнее сказать, что у них вообще нет поверхностей, поскольку образующие их газы просто становятся все тоньше и тоньше по мере удаления от центров планет, в конечном итоге становясь неотличимыми от межпланетной среды. Следовательно, посадка на планету-гигант может оказаться возможной, а может и не быть возможной, в зависимости от размера и состава ее ядра.

Подтипы

Газовые гиганты

Газовые гиганты состоят в основном из водорода и гелия. Газовые гиганты Солнечной системы, Юпитер и Сатурн , содержат более тяжелые элементы, составляющие от 3 до 13 процентов их массы. ^{[ 10 ]} Считается, что газовые гиганты состоят из внешнего слоя молекулярного водорода , окружающего слой жидкого металлического водорода , с вероятным расплавленным ядром каменистого состава.

Самая дальняя часть водородной атмосферы Юпитера и Сатурна имеет множество 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. ^{[ 10 ]}

Ледяные гиганты

Ледяные гиганты имеют совершенно другой внутренний состав, чем газовые гиганты. Ледяные гиганты Солнечной системы, Уран и Нептун , имеют богатую водородом атмосферу, которая простирается от вершин облаков примерно до 80% (Уран) или 85% (Нептун) их радиуса. Ниже этого уровня они преимущественно «ледяные», т.е. состоят в основном из воды, метана и аммиака. Есть также немного камня и газа, но различные пропорции льда-камни-газа могут имитировать чистый лед, поэтому точные пропорции неизвестны. ^{[ 11 ]}

Уран и Нептун имеют очень туманные атмосферные слои с небольшим количеством метана, что придает им светлый аквамариновый цвет. Оба имеют магнитные поля, резко наклоненные к их осям вращения.

В отличие от других планет-гигантов, Уран имеет сильный наклон, из-за которого времена года на нем резко выражены. У этих двух планет есть и другие тонкие, но важные различия. Уран содержит больше водорода и гелия, чем Нептун, несмотря на то, что в целом он менее массивен. Таким образом, Нептун более плотный, имеет гораздо больше внутреннего тепла и более активную атмосферу. Солнцу , Фактически, модель Ниццы предполагает, что Нептун сформировался ближе к чем Уран, и поэтому должен иметь больше тяжелых элементов.

Массивные твердые планеты

массивные твердые планеты Могут существовать и .

Твердые планеты массой до тысяч земных могут формироваться 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 сильное УФ-излучение и ветры , которые могут фотоиспарять газ в диске, оставляя только тяжелые элементы. Для сравнения, масса Нептуна равна 17 массам Земли, Юпитер имеет 318 масс Земли, а предел массы Юпитера в 13 единиц, используемый в . рабочем определении экзопланеты МАС, равен примерно 4000 масс Земли ^{[ 12 ]}

Супер-Пуфы

Супер -пух — это тип экзопланеты с массой всего в несколько раз большей, чем Земли Радиус больше, чем у Нептуна , что дает ей очень низкую среднюю плотность . Они холоднее и менее массивны, чем надутые горячие юпитеры низкой плотности . Наиболее экстремальными известными примерами являются три планеты вокруг Кеплера-51 , все они размером с Юпитер , но с плотностью ниже 0,1 г/см. ³. ^{[ 13 ]}

Внесолнечные планеты-гиганты

Представление художника о 79 Кита b , первой обнаруженной внесолнечной планете-гиганте с минимальной массой меньше Сатурна.

Из-за ограниченности методов, доступных в настоящее время для обнаружения экзопланет , многие из обнаруженных на сегодняшний день планет имеют размер, сравнимый в Солнечной системе с планетами-гигантами. Поскольку предполагается, что эти большие планеты имеют больше общего с Юпитером, чем с другими планетами-гигантами, некоторые утверждают, что «планета-гигант» — более точный термин для них. Многие из экзопланет расположены намного ближе к своим родительским звездам и, следовательно, намного горячее, чем планеты-гиганты Солнечной системы, что позволяет предположить, что некоторые из этих планет относятся к типу, не наблюдаемому в Солнечной системе. Учитывая относительное содержание элементов во Вселенной (около 98% водорода и гелия), было бы удивительно обнаружить преимущественно каменистую планету, более массивную, чем Юпитер. С другой стороны, модели формирования планетных систем предполагают, что планетам-гигантам будет запрещено формироваться настолько близко к своим звездам, насколько многие из внесолнечных планет-гигантов наблюдались на орбитах.

Атмосфера

Полосы, видимые в атмосфере Юпитера, возникают из-за встречно циркулирующих потоков материала, называемых зонами и поясами, окружающих планету параллельно ее экватору. Зоны представляют собой более светлые полосы и находятся на больших высотах в атмосфере. Они имеют внутренний восходящий поток и представляют собой регионы высокого давления. Пояса представляют собой более темные полосы, находятся ниже в атмосфере и имеют внутренний нисходящий поток. Это регионы низкого давления. Эти структуры в чем-то аналогичны ячейкам высокого и низкого давления в атмосфере Земли, но они имеют совершенно другую структуру — широтные полосы, окружающие всю планету, в отличие от небольших замкнутых ячеек давления. Похоже, это результат быстрого вращения и лежащей в основе симметрии планеты. Здесь нет океанов или суши, которые могли бы вызвать местное 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 , существующее уже не менее 300 лет. Эти структуры представляют собой огромные штормы. Некоторые из таких пятен также являются грозовыми.

См. также

Ссылки

^ Бургассер, Адам Дж. (июнь 2008 г.). «Коричневые карлики: неудавшиеся звезды, суперюпитеры» (PDF) . Физика сегодня . Архивировано из оригинала (PDF) 8 мая 2013 года . Проверено 11 января 2016 г.
^ Д'Анджело, Дж.; Дурисен, Р.Х.; Лиссауэр, Джей Джей (2011). «Формирование гигантской планеты». В С. Сигере. (ред.). Экзопланеты . Университет Аризоны Пресс, Тусон, Аризона. стр. 319–346. arXiv : 1006.5486 . Бибкод : 2010exop.book..319D .
^ Д'Анджело, Дж.; Вайденшиллинг, С.Дж.; Лиссауэр, Джей Джей; Боденхаймер, П. (2021). «Рост Юпитера: образование в дисках газа и твердого тела и эволюция до современной эпохи». Икар . 355 : 114087. arXiv : 2009.05575 . Бибкод : 2021Icar..35514087D . дои : 10.1016/j.icarus.2020.114087 . S2CID 221654962 .
^ Джек Дж. Лиссауэр; Дэвид Дж. Стивенсон (2006). «Формирование планет-гигантов» (PDF) . Исследовательский центр Эймса НАСА; Калифорнийский технологический институт . Архивировано из оригинала (PDF) 26 февраля 2009 г. Проверено 16 января 2006 г.
^ Боденхаймер, П.; Д'Анджело, Дж.; Лиссауэр, Джей Джей; Фортни, Джей-Джей; Саумон, Д. (2013). «Горение дейтерия на массивных планетах-гигантах и маломассивных коричневых карликах, образовавшихся в результате аккреции с ядром». Астрофизический журнал . 770 (2): 120 (13 стр.). arXiv : 1305.0980 . Бибкод : 2013ApJ...770..120B . дои : 10.1088/0004-637X/770/2/120 . S2CID 118553341 .
^ Шпигель, Дэвид С.; Берроуз, Адам; Милсом, Джон А. (20 января 2011 г.). «Предел массы сжигания дейтерия для коричневых карликов и планет-гигантов». Астрофизический журнал . 727 (1): 57. arXiv : 1008.5150 . Бибкод : 2011ApJ...727...57S . дои : 10.1088/0004-637X/727/1/57 . ISSN 0004-637X . S2CID 118513110 .
^ Шнайдер, Жан (2016). «III.8 Экзопланеты против коричневых карликов: взгляд CoRoT и будущее». Экзопланеты против коричневых карликов: взгляд CoRoT и будущее . п. 157. arXiv : 1604.00917 . дои : 10.1051/978-2-7598-1876-1.c038 . ISBN 978-2-7598-1876-1 . S2CID 118434022 .
^ Райт, Дж. Т.; Фахури, О.; Марси, GW; Хан, Э.; Фэн, Ю.; Джонсон, Джон Ашер; Ховард, AW; Фишер, Д.А.; Валенти, Дж.А.; Андерсон, Дж.; Пискунов, Н. (2010). «База данных об орбитах экзопланет». Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 123 (902): 412–422. arXiv : 1012.5676 . Бибкод : 2011PASP..123..412W . дои : 10.1086/659427 . S2CID 51769219 .
^ Уилсон, Хью Ф.; Милитцер, Буркхард (14 марта 2012 г.). «Растворимость каменистого ядра Юпитера и гигантских экзопланет». Письма о физических отзывах . 108 (11): 111101. arXiv : 1111.6309 . Бибкод : 2012PhRvL.108k1101W . doi : 10.1103/PhysRevLett.108.111101 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 22540454 . S2CID 42226611 .
^ Jump up to: ^а ^б Внутренняя часть Юпитера, Гийо и др., в книге «Юпитер: планета, спутники и магнитосфера» , Багенал и др., редакторы, Cambridge University Press, 2004 г.
^ Л. Макфадден; П. Вайсман; Т. Джонсон (2007). Энциклопедия Солнечной системы (2-е изд.) . Академическая пресса . ISBN 978-0-12-088589-3 .
^ Сигер, С.; Кушнер, М.; Иер-Маджумдер, Калифорния; Милитцер, Б. (2007). «Отношения массы и радиуса твердых экзопланет». Астрофизический журнал . 669 (2): 1279–1297. arXiv : 0707.2895 . Бибкод : 2007ApJ...669.1279S . дои : 10.1086/521346 . S2CID 8369390 .
^ Либби-Робертс, Джессика Э.; Берта-Томпсон, Закори К.; Дезерт, Жан-Мишель; Масуда, Кенто; Морли, Кэролайн В.; Лопес, Эрик Д.; Дек, Кэтрин М.; Фабрики, Дэниел; Фортни, Джонатан Дж.; Лайн, Майкл Р.; Санчис-Охеда, Роберто; Уинн, Джошуа Н. (20 января 2020 г.). «Безликие спектры пропускания двух суперпухлых планет» . Астрономический журнал . 159 (2): 57. arXiv : 1910.12988 . Бибкод : 2020AJ....159...57L . дои : 10.3847/1538-3881/ab5d36 . ISSN 1538-3881 . S2CID 204950000 .

Библиография

SPACE.com: Вопросы и ответы: предложенное МАС определение планеты, 16 августа 2006 г., 2:00 по восточному времени.
BBC News: Вопросы и ответы Предложение о новых планетах Среда, 16 августа 2006 г., 13:36 GMT 14:36 UK

Внешние ссылки

SPACE.com: Вопросы и ответы: предложенное МАС определение планеты, 16 августа 2006 г., 2:00 по восточному времени.
BBC News: Вопросы и ответы Предложение о новых планетах Среда, 16 августа 2006 г., 13:36 GMT 14:36 UK
Газовые гиганты в научной фантастике: [1]
Эпизод «Гиганты» в » на канале Science Channel. телешоу « Планеты

[PT-June2008-1] Бургассер, Адам Дж. (июнь 2008 г.). «Коричневые карлики: неудавшиеся звезды, суперюпитеры» (PDF) . Физика сегодня . Архивировано из оригинала (PDF) 8 мая 2013 года . Проверено 11 января 2016 г.

[d'angelo2011-2] Д'Анджело, Дж.; Дурисен, Р.Х.; Лиссауэр, Джей Джей (2011). «Формирование гигантской планеты». В С. Сигере. (ред.). Экзопланеты . Университет Аризоны Пресс, Тусон, Аризона. стр. 319–346. arXiv : 1006.5486 . Бибкод : 2010exop.book..319D .

[d'angelo2021-3] Д'Анджело, Дж.; Вайденшиллинг, С.Дж.; Лиссауэр, Джей Джей; Боденхаймер, П. (2021). «Рост Юпитера: образование в дисках газа и твердого тела и эволюция до современной эпохи». Икар . 355 : 114087. arXiv : 2009.05575 . Бибкод : 2021Icar..35514087D . дои : 10.1016/j.icarus.2020.114087 . S2CID 221654962 .

[NASAames2006-4] Джек Дж. Лиссауэр; Дэвид Дж. Стивенсон (2006). «Формирование планет-гигантов» (PDF) . Исследовательский центр Эймса НАСА; Калифорнийский технологический институт . Архивировано из оригинала (PDF) 26 февраля 2009 г. Проверено 16 января 2006 г.

[bodenheimer2013-5] Боденхаймер, П.; Д'Анджело, Дж.; Лиссауэр, Джей Джей; Фортни, Джей-Джей; Саумон, Д. (2013). «Горение дейтерия на массивных планетах-гигантах и маломассивных коричневых карликах, образовавшихся в результате аккреции с ядром». Астрофизический журнал . 770 (2): 120 (13 стр.). arXiv : 1305.0980 . Бибкод : 2013ApJ...770..120B . дои : 10.1088/0004-637X/770/2/120 . S2CID 118553341 .

[spiegel2011-6] Шпигель, Дэвид С.; Берроуз, Адам; Милсом, Джон А. (20 января 2011 г.). «Предел массы сжигания дейтерия для коричневых карликов и планет-гигантов». Астрофизический журнал . 727 (1): 57. arXiv : 1008.5150 . Бибкод : 2011ApJ...727...57S . дои : 10.1088/0004-637X/727/1/57 . ISSN 0004-637X . S2CID 118513110 .

[schneider2016-7] Шнайдер, Жан (2016). «III.8 Экзопланеты против коричневых карликов: взгляд CoRoT и будущее». Экзопланеты против коричневых карликов: взгляд CoRoT и будущее . п. 157. arXiv : 1604.00917 . дои : 10.1051/978-2-7598-1876-1.c038 . ISBN 978-2-7598-1876-1 . S2CID 118434022 .

[wright2010-8] Райт, Дж. Т.; Фахури, О.; Марси, GW; Хан, Э.; Фэн, Ю.; Джонсон, Джон Ашер; Ховард, AW; Фишер, Д.А.; Валенти, Дж.А.; Андерсон, Дж.; Пискунов, Н. (2010). «База данных об орбитах экзопланет». Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 123 (902): 412–422. arXiv : 1012.5676 . Бибкод : 2011PASP..123..412W . дои : 10.1086/659427 . S2CID 51769219 .

[wilson2012-9] Уилсон, Хью Ф.; Милитцер, Буркхард (14 марта 2012 г.). «Растворимость каменистого ядра Юпитера и гигантских экзопланет». Письма о физических отзывах . 108 (11): 111101. arXiv : 1111.6309 . Бибкод : 2012PhRvL.108k1101W . doi : 10.1103/PhysRevLett.108.111101 . ISSN 0031-9007 . ПМИД 22540454 . S2CID 42226611 .

[Guillot-10] Jump up to: ^а ^б Внутренняя часть Юпитера, Гийо и др., в книге «Юпитер: планета, спутники и магнитосфера» , Багенал и др., редакторы, Cambridge University Press, 2004 г.

[mcfadden2007-11] Л. Макфадден; П. Вайсман; Т. Джонсон (2007). Энциклопедия Солнечной системы (2-е изд.) . Академическая пресса . ISBN 978-0-12-088589-3 .

[seager2007-12] Сигер, С.; Кушнер, М.; Иер-Маджумдер, Калифорния; Милитцер, Б. (2007). «Отношения массы и радиуса твердых экзопланет». Астрофизический журнал . 669 (2): 1279–1297. arXiv : 0707.2895 . Бибкод : 2007ApJ...669.1279S . дои : 10.1086/521346 . S2CID 8369390 .

[libby-roberts2020-13] Либби-Робертс, Джессика Э.; Берта-Томпсон, Закори К.; Дезерт, Жан-Мишель; Масуда, Кенто; Морли, Кэролайн В.; Лопес, Эрик Д.; Дек, Кэтрин М.; Фабрики, Дэниел; Фортни, Джонатан Дж.; Лайн, Майкл Р.; Санчис-Охеда, Роберто; Уинн, Джошуа Н. (20 января 2020 г.). «Безликие спектры пропускания двух суперпухлых планет» . Астрономический журнал . 159 (2): 57. arXiv : 1910.12988 . Бибкод : 2020AJ....159...57L . дои : 10.3847/1538-3881/ab5d36 . ISSN 1538-3881 . S2CID 204950000 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]