Наука и космос

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.

Метки
Обсудить статью на форуме

Администратор

Впереди еще много нового!

Related Articles

Back to top button
Close