Гигантская планета - Giant planet

Для планеты-гиганта, известной как Гигантия в Трансформеры Вселенная, смотри Трансформеры: Кибертрон.
Четыре планеты-гиганта Солнечной системы на фоне Солнца в масштабе
Относительные массы планет-гигантов внешняя солнечная система

А гигантская планета есть ли планета намного больше Земли. Обычно они в основном состоят из материалов с низкой температурой кипения (газы или льда), а не камень или другой твердый имеет значение, но массивные твердые планеты также может существовать. Есть четыре известных планеты-гиганта в Солнечная система: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Много внесолнечный планеты-гиганты были идентифицированы на орбитах других звезды.

Планеты-гиганты также иногда называют планеты-гиганты, после Юпитера («Юпитер» - другое имя римского бога »Юпитер "). Их также иногда называют газовые гиганты. 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 над их критические точки, где не существует отдельных газовой и жидкой фаз. Основные компоненты: водород и гелий в случае Юпитера и Сатурна, и воды, аммиак и метан в случае Урана и Нептуна.

Определяющие различия между очень маломассивный коричневый карлик и газовый гигант (~13 MJ) обсуждаются.[2] Одна школа мысли основана на образовании; другой - о физике интерьера.[2] Часть дебатов касается того, должны ли «коричневые карлики» по определению испытывать термоядерная реакция в какой-то момент их истории.

Терминология

Период, термин газовый гигант был придуман в 1952 году писателем-фантастом Джеймс Блиш и первоначально использовалось 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 и твердых тел в ядре, все вещества находятся выше критическая точка, где нет различия между жидкостями и газами. Жидкая планета было бы более точным термином. Юпитер также имеет металлический водород вблизи его центра, но большую часть его объема составляет водород, гелий и следы других газов выше их критических точек. Наблюдаемые атмосферы всех этих планет (менее единицы оптическая глубина ) 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 Марс и Земля, которые имеют газовую атмосферу, сквозь которую можно увидеть кору).

Довольно вводящий в заблуждение термин прижился, потому что планетологи обычно используют камень, газ, и лед в качестве сокращений для классов элементов и соединений, обычно встречающихся в качестве планетарных составляющих, независимо от материи фаза. Во внешней Солнечной системе водород и гелий называют газы; вода, метан и аммиак в виде льды; силикаты и металлы как камень. Когда речь идет о глубоких планетных недрах, можно сказать, что лед астрономы имеют в виду кислород и углерод, к камень они имеют в виду кремний, и по газ 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 как ледяные гиганты чтобы указать на преобладание льды (в жидкой форме) в их внутреннем составе.[4]

Альтернативный термин юпитерианская планета относится к римскому богу Юпитер - родительная форма которого Джовис, следовательно Джовиан- и должен был указать, что все эти планеты похожи на Юпитер.

Объекты, достаточно большие, чтобы начать дейтерий слияние (выше 13 Массы Юпитера по солнечному составу) называются коричневые карлики, и они занимают диапазон масс между большими планетами-гигантами и самыми низкими массами. звезды. Масса 13 Юпитера (MJ) отсечение - это скорее практическое правило, чем что-то имеющее точное физическое значение. Более крупные объекты сожгут большую часть своего дейтерия, а более мелкие - немного, а 13 MJ значение находится где-то посередине.[5] Количество сожженного дейтерия зависит не только от массы, но и от состава планеты, особенно от количества гелий и дейтерий присутствует.[6] В Энциклопедия внесолнечных планет включает объекты массой до 60 Юпитера,[7] и Exoplanet Data Explorer до 24 масс Юпитера.[8]

Описание

Эти визитки иллюстрируют внутренние модели планет-гигантов. Юпитер показан со скалистым ядром, перекрытым глубоким слоем металлический водород.

Гигантская планета - это массивная планета и имеет плотную атмосферу водород и гелий. Они могут иметь плотное расплавленное ядро ​​из скалистых элементов или ядро ​​могло полностью раствориться и рассредоточиться по всей планете, если планета достаточно горячая.[9] На "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 Уран и Нептун, которые вместо этого в основном состоят из воды, аммиак, и метан и поэтому все чаще упоминается как "ледяные гиганты ".

Внесолнечные планеты-гиганты, вращающиеся очень близко к своим звездам, являются экзопланеты которые легче всего обнаружить. Они называются горячие юпитеры и горячие нептуны потому что у них очень высокая температура 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 нет твердых поверхностей, но точнее будет сказать, что у них нет поверхностей вообще, 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

Газовые гиганты

Основная статья: Газовый гигант
Северный полярный вихрь Сатурна

Газовые гиганты состоят в основном из водорода и гелия. Газовые гиганты Солнечной системы, Юпитер и Сатурн, имеют более тяжелые элементы, составляющие от 3 до 13 процентов их массы.[10] Считается, что газовые гиганты состоят из внешнего слоя молекулярный водород, окружающий слой жидкости металлический водород, 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.[10]

Ледяные гиганты

Основная статья: Ледяной гигант

Внутренний состав ледяных гигантов сильно отличается от газовых гигантов. Ледяные гиганты Солнечной системы, Уран и Нептун, имеют богатую водородом атмосферу, которая простирается от верхушки 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.[11]

Уран и Нептун имеют очень туманные слои атмосферы с небольшим количеством метана, придающие им цвет морской волны; светло-голубой и ультрамарин соответственно.[требуется разъяснение ] Оба имеют магнитные поля, резко наклоненные 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. В Хорошая модель, фактически, предполагает, что Нептун сформировался ближе к солнце чем Уран, и поэтому должен иметь более тяжелые элементы.

Массивные твердые планеты

Массивные твердые планеты также может существовать.

Твердые планеты массой до тысяч масс Земли могут образовываться вокруг массивных звезд (B-тип и O-образный звезды; 5–120 масс Солнца), где протопланетный диск будет содержать достаточно тяжелых элементов. Также у этих звезд высокие УФ-излучение и ветры что могло фотоиспарение газ в диске, оставляя только тяжелые элементы.[12]Для сравнения, масса Нептуна равна 17 массам Земли, у Юпитера - 318 масс Земли, а предел массы Юпитера в 13 единиц используется в IAU Рабочее определение экзопланеты составляет примерно 4000 масс Земли.[12]

Супер-пуховики

Основная статья: Супер-пуховик

А супер-пуховик это тип экзопланета с масса только в несколько раз больше, чемземной шар Но радиус больше, чем Нептун, давая очень низкое среднее значение плотность.[13] Они круче и менее массивны, чем надутые горячие юпитеры низкой плотности.[13]

Самыми яркими известными примерами являются три планеты вокруг Кеплер-51 которые все Юпитер - размер, но с плотностью менее 0,1 г / см3.[13]

Внесолнечные планеты-гиганты

Художественная концепция 79 Кита б, первая внесолнечная планета-гигант, обнаруженная с минимальная масса меньше, чем у Сатурна.
Сравнение размеров планет заданной массы разного состава
Смотрите также: Горячий Юпитер, Супер-Юпитер, Суб-коричневый карлик, и Коричневый карлик

Из-за ограниченного доступные в настоящее время методы обнаружить экзопланеты многие из найденных к настоящему времени имели размер, связанный 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 делает возможным то, что некоторые из этих планет не наблюдаются в Солнечной системе. Учитывая относительную изобилие 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

Группы, увиденные в атмосфера Юпитера возникают 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 с низким давлением. 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, который существует не менее 300 лет. Эти сооружения - огромные штормы. Некоторые из таких пятен также являются грозовыми.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Лунин, Джонатан И. (сентябрь 1993 г.). «Атмосферы Урана и Нептуна». Ежегодный обзор астрономии и астрофизики. 31: 217–263. Bibcode:1993ARA & A..31..217L. Дои:10.1146 / annurev.aa.31.090193.001245.CS1 maint: ref = harv (связь)
  2. ^ а б Бургассер, А. Дж. (Июнь 2008 г.). «Коричневые карлики: несостоявшиеся звезды, суперюпитеры» (PDF). Физика сегодня. Архивировано из оригинал (PDF ) 8 мая 2013 г.. Получено 11 января 2016.
  3. ^ D'Angelo, G .; Durisen, R.H .; 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. ^ Джек Дж. Лиссауэр; Дэвид Дж. Стивенсон (2006). «Формирование планет-гигантов» (PDF). Исследовательский центр Эймса НАСА; Калифорнийский технологический институт. Архивировано из оригинал (PDF) на 2009-02-26. Получено 2006-01-16.
  5. ^ Bodenheimer, P .; D'Angelo, G .; Lissauer, J. J .; Фортни, Дж. Дж .; Саумон, Д. (2013). «Горение дейтерия на массивных планетах-гигантах и ​​маломассивных коричневых карликах, образованных в результате аккреции ядер». Астрофизический журнал. 770 (2): 120 (13 стр.). arXiv:1305.0980. Bibcode:2013ApJ ... 770..120B. Дои:10.1088 / 0004-637X / 770/2/120.
  6. ^ Предел массы сжигания дейтерия для коричневых карликов и планет-гигантов, Дэвид С. Шпигель, Адам Берроуз, Джон А. Милсом
  7. ^ Экзопланеты против коричневых карликов: взгляд на CoRoT и будущее, Жан Шнайдер, 4 апр 2016 г.
  8. ^ Wright, J. T .; Fakhouri, O .; Marcy, G.W .; Han, E .; Feng, Y .; Джонсон, Джон Ашер; Howard, A. W .; Фишер, Д. А .; Валенти, Дж. А .; Андерсон, Дж .; Пискунов, Н. (2010). "База данных орбит экзопланеты". Публикации Тихоокеанского астрономического общества. 123 (902): 412–422. arXiv:1012.5676. Bibcode:2011PASP..123..412W. Дои:10.1086/659427.
  9. ^ Растворимость каменистого ядра Юпитера и гигантских экзопланет, Хью Ф. Уилсон, Буркхард Милитцер, 2011 г.
  10. ^ а б Внутренняя часть Юпитера, Гийо и др., В Юпитер: планета, спутники и магнитосфера, Багенал и др., Редакторы, Cambridge University Press, 2004 г.
  11. ^ Л. Макфадден; П. Вайсман; Т. Джонсон (2007). Энциклопедия Солнечной системы (2-е изд.). Академическая пресса. ISBN  978-0-12-088589-3.
  12. ^ а б Сигер, S .; Kuchner, M .; Hier ‐ Majumder, C.A .; Милитцер, Б. (2007). «Соотношения масс-радиусов для твердых экзопланет». Астрофизический журнал. 669 (2): 1279–1297. arXiv:0707.2895. Bibcode:2007ApJ ... 669.1279S. Дои:10.1086/521346.
  13. ^ а б c Невыразимые спектры пропускания 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. Дек, Дэниел Фабрики, Джонатан Дж. Фортни, Майкл Р. Лайн , Роберто Санчис-Охеда, Джошуа Н. Винн, 28 октября 2019 г.

Библиография

  • 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

внешняя ссылка