Это не относится к планетам, расположенным дальше от Солнца: Юпитеру, Сатурну, Урану и Нептуну, состоящим в основном из газов. Они также намного больше, чем все прочие планеты, именно поэтому они названы «газовыми гигантами».
Этот термин ввел в оборот в 1952 году в рассказе «Солнечное сплетение» американский писатель-фантаст Джеймс Блиш, назвав «газовыми гигантами» все планеты за орбитой Марса.
Содержание
Образование
При формировании Солнечной системы газовые гиганты (образовавшиеся позднее планет земной группы, и которые на ранних стадиях были твердыми и состояли из камня и льда), были способны притягивать и удерживать газы из протопланетной туманности благодаря своей гравитации.
Прочие планеты не в состоянии были притягивать газы вследствие своей меньшей массы, а примерно через 1 миллион лет после образования аккреционного диска (т.е. структуры, образовавшейся из вещества, вращающегося вокруг центрального тела – молодой звезды или протозвезды) подул солнечный ветер, изгнавший оставшийся в Солнечной системе газ за ее пределы.
Строение
На первый взгляд, четыре газовых гиганта выглядят очень похоже: их небольшое каменное ядро окружено слоем льда и мантией из водорода. Однако измерения и расчеты показывают, что более крупные Юпитер и Сатурн очень схожи по составу и существенно отличаются от более мелких Урана и Нептуна.
Юпитер и Сатурн — типичные представители
Юпитер находится на пятом месте в порядке удаления от Солнца, и по размеру настолько велик, что может занять почти половину пространства, отделяющего Землю от Луны. Его масса – 317 земных масс. Юпитер обращается вокруг Солнца за 12 лет, а вокруг своей оси менее чем за 10 часов, благодаря чему значительно сжат у полюсов. На планете дуют ураганные ветры, со скоростью до 600 км/час.
Сатурн располагается в Солнечной системе за Юпитером, при огромной массе (95 земных), его плотность меньше плотности воды. Вокруг Солнца Сатурн делает оборот за 29,5 лет.
Ветры на нем еще более сильные, чем на Юпитере, и дуют с совершенно фантастической скоростью 1800 км/час. Один из спутников Сатурна, Титан, очень похож на Землю.
Этот металлический водород окружает небольшое твердое ядро из силикатов и металла, и является причиной сильных магнитных полей Юпитера и Сатурна.
На определенном расстоянии от ядра давление падает, и мантия состоит из обычного водорода.
Уран и Нептун — ледяные гиганты
Уран и Нептун существенно отличаются по составу от Юпитера и Сатурна, они содержат гораздо меньше водорода, находящегося в основном во внешних слоях планеты, поэтому эти две планеты обладают гораздо более слабым магнитным полем. Мантия Урана и Нептуна состоит из замерзшей воды, метана и аммиака.
Ученые называют эти три вещества «льдом», хотя они все еще жидкие и горячие вследствие высоких давления и температуры в состоящем из силикатов и металла относительно большом ядре планеты.
Атмосфера
Поверх толстой газовой мантии планет-гигантов имеется атмосфера, как и на некоторых малых планетах. Однако, в отличие от земных планет, здесь нет четкой разделительной линии: вследствие растущего давления газообразное состояние медленно и непрерывно переходит в жидкое.
«Увидеть» границу между мантией и атмосферой можно только по разнице температур. Верхняя часть атмосферы при взгляде с Земли временами видна в виде интригующих облачных узоров. Поверхностью газового гиганта считается видимая внешняя поверхность атмосферы планеты.
Цвет облакам придают различные химические элементы, и, как и на Земле, погодные условия определяются разницей температур и эффектом Кориолиса.
Однако штормы на планетах-гигантах могут длиться веками и часто локализуются в одном и том же месте. Юпитер, например, виден как ряд параллельных облачных полос, всегда находящихся на одной и той же широте.
Космический телескоп «Хаббл» смог увидеть на Юпитере молнии, в сто раз более мощные, чем наблюдающиеся на Земле. Спектральный анализ позволяет узнать, из каких элементов состоят атмосферы планет-гигантов. На Юпитере и Сатурне это смесь аммиака, аммиака-гидросульфида и воды, на Уране и Нептуне это в основном метан.
Спутники и кольца
Газовые гиганты не являются одиночными планетами: их масса позволила им собрать вокруг себя множество лун (у Юпитера 63 спутника, у Сатурна 62). Некоторые из них размером с небольшую планету, другие – чуть больше каменной глыбы.
Экзопланеты
Планеты, обнаруженные в настоящее время вблизи других звезд (экзопланеты), обычно являются газовыми гигантами. Этот факт никоим образом не отражает преобладание среди планет газовых гигантов, а является прямым следствием ограниченности технологии наблюдения, поскольку газовые гиганты легче всего обнаружить посредством существующих методов.
Однако постепенно вокруг других звезд обнаруживается все больше планет-гигантов, не являющихся газовыми гигантами.
Обреченная экзопланета TrES-4
Из экзопланет, газовых гигантов, наиболее примечательна планета TrES-4, также называемая TrES-4b. Об открытии планеты было объявлено 7 августа 2007 года как результате исследования по программе Трансатлантического обзора экзопланет.
Масса планеты составляет около 90% массы Юпитера при почти вдвое большем диаметре. К моменту открытия TrES-4 являлась самой большой и наименее плотной экзопланетой из известных.
Планета принадлежит системе звезды GSC 02620-00648 из созвездия Геркулеса (масса звезды превышает массу Солнца на 20%), ее расстояние от нас около 1500 световых лет. При вращении вокруг своего солнца с периодом 3,55 суток планета временами затмевает его, что наблюдается с Земли.
Причина низкой плотности экзопланеты не установлена, но одной из причин может явиться внутреннее тепло планеты и ее близость к родительской звезде (расстояние от звезды в 8 раз меньше, чем радиус орбиты Меркурия), оттого температура поверхности планеты может достигать 2000 °С.
Итак, ранее к планетам-газовым гигантам относили все планеты за орбитой Марса (а таковых всего четыре), но затем было проведено более тонкое разделение, и в настоящее время газовыми гигантами считаются лишь Юпитер и Сатурн. То, что планеты состоят в основном из газов, даже не позволяет четко определить, где кончается собственно планета и начинается ее атмосфера.
Новые газовые гиганты постоянно обнаруживаются за пределами Солнечной системы, их характеристики в общем схожи с характеристиками хорошо изученных Юпитера и Сатурна.
Вопросы и ответы
Четкой границы не существует, условно она проводится по температурным перепадам.
Американский писатель-фантаст Джеймс Блиш.
Нет, низкая температура не позволяет водороду и гелию находиться в газообразном состоянии.
К Юпитеру; обе планеты относятся к газовым гигантам, в то время как Уран (вместе с Нептуном) относится к ледяным гигантам.
Большое давление заставляет электроны покинуть ядра атомов водорода, что приводит к электропроводности водорода.
