Содержание
Газообразные планеты: характеристика, состав и классификация
Мы знаем, что солнечная система Он состоит из разных типов планет, характеристики и состав которых различны. Есть газообразные планеты которые известны как газовые гиганты, и это не что иное, как большая планета, состоящая в основном из таких газов, как водород и гелий, но имеющая относительно небольшое твердое ядро. В отличие от других каменистых планет, которые полностью состоят из горных пород и имеют газовую атмосферу, здесь преобладает большее количество газов.
В этой статье мы расскажем вам все характеристики, отличия и любопытства газовых планет.
Индекс
- 1 Что такое газообразные планеты
- 2 Что это?
- 3 Характеристики газовых планет
- 4 Отличия от каменистых планет
Что такое газообразные планеты
На первый взгляд и по названию может показаться, что речь идет о шарах или газе. Мы просто говорим о планете, ядро которой каменистое, а остальная часть планеты состоит из газа. Эти газы обычно преимущественно водород и гелий. Среди газообразных планет, составляющих Солнечную систему, мы имеем Юпитер, Сатурн, Уран y Neptuno. Эти 4 газовые планеты-гиганты также называют планетами-гигантами или внешними планетами. Это те планеты, которые находятся во внешней части нашей Солнечной системы за орбитами Марса и пояса астероидов.
В то время как Юпитер и Сатурн — самые большие газовые планеты, Уран и Нептун имеют несколько иной состав. со специальными характеристиками. Когда мы говорим о газообразных планетах, мы видим, что они в основном состоят из водорода и, следовательно, являются отражением состава исходной солнечной туманности.
Что это?
Мы собираемся перечислить основные газовые планеты нашей Солнечной системы:
- Юпитер: это самая большая планета во всей солнечной системе. Это одна из причин, по которой его называют планетами-гигантами.
Его основной состав — водород и гелий, окружающий плотное ядро из скал и льда. Будучи таким большим, он обладает огромным магнитным полем и виден невооруженным глазом. С земли мы можем видеть то, что выглядит как гораздо более яркая звезда красноватого цвета, и это Юпитер. Одна из их основных характеристик — красное пятно, которое они имеют из-за сильного атмосферного давления и высоких облаков.
- Сатурн: Главная особенность Сатурна — большие кольца. У него 53 известных луны, и он состоит в основном из водорода и гелия. Он такой же, как и на предыдущей планете, все эти газы окружают плотное каменистое ядро схожего состава.
- Уран: это единственная планета, наклоненная на бок. Это тот, который вращается в обратном направлении по отношению к каждой планете. Его атмосфера, кроме водорода и гелия, состоит из метана. Он завершает свой оборот по орбите за 84 земных года и имеет 5 основных спутников.
- Нептун: состав его атмосферы подобен составу атмосферы Урана.
На сегодняшний день у него 13 подтвержденных спутников, и он был обнаружен несколькими людьми в 1846 году. Его орбита намного медленнее, поскольку он почти круговой, и ему требуется около 164 земных лет, чтобы обойти Солнце. Период их вращения составляет около 18 часов. Он также имеет структуру, очень похожую на структуру Урана.
Когда дело доходит до классификации этих газообразных планет, следует упомянуть, что из-за различий, которые эти планеты имеют в своей структуре и составе, они также различаются между собой. Юпитер и Сатурн классифицируются как газовые гиганты, а Уран и Нептун — ледяные гиганты. Из-за удаленности от Солнца, которое они занимают в солнечной системе, их ядра состоят из камня и льда.
Характеристики газовых планет
Давайте теперь посмотрим, каковы основные характеристики, которые определяют эти газовые планеты:
- У них нет четко очерченной поверхности. Поскольку ядро - единственная скалистая составляющая, а все остальное — это поверхность, у нее нет полностью определенной поверхности.
- Они состоят из огромной массы газа где в основном водород и гелий.
- Когда ученые обращаются к диаметрам, поверхностям, объемам и плотности этих планет, они сделаны по отношению к внешнему слою, который виден снаружи.
- Атмосфера очень плотная и это причина того, что газы продолжают оставаться на указанной планете и не распространяются по остальной Вселенной.
- все У них большое количество спутников и кольцевых систем.
- Он известен под названием планет Юпитера, поскольку по размеру и характеристикам они похожи на Юпитер.
- Его плотность невелика, а ядро очень каменистое. Необходимо учитывать, что, поскольку в его состав входят в основном газы, он имеет очень низкую плотность. Ядро же более плотное.
- При получении количества света при обрезке он имеет довольно низкую температуру. Самая холодная планета — Нептун.
- Они вращаются быстро, в среднем 10 часов. Однако его поступательное движение вокруг Солнца намного медленнее.
- Его магнитное и гравитационное поля довольно мощные. и это причина, по которой они могут удерживать массы газов.
- Атмосфера и погодные условия во всех них очень похожи.
Отличия от каменистых планет
Среди основных различий, которые мы видим в отношении каменистых планет, является то, что газообразные планеты в основном состоят из водорода, гелия и метана. То есть они состоят в основном из газов, а другие планеты — из горных пород. Скалистые планеты в основном имеют твердую поверхность и состоят из камней.
Еще одно важное отличие состоит в том, что поверхность каменистых планет хорошо очерчена. У каменистых планет вторичная атмосфера возникла в результате внутренних геологических процессов, в то время как у каменистых планет газообразные планеты имеют первичные атмосферы, которые были захвачены непосредственно из первоначальной солнечной туманности. Эти планеты изучаются более подробно с учетом технологий человека.
Я надеюсь, что с этой информацией вы сможете больше узнать о газовых планетах и их характеристиках.
Астрономы рассказали, что будет с Землей, если она станет размером с Юпитер
Многие могут подумать, что в таком случае у нас не будет намного больше места и ресурсов для нашего растущего населения, однако такое предположение весьма ошибочно.
Related video
Земля и Юпитер — две удивительные планеты, вращающиеся вокруг одной и той же звезды — нашего Солнца. Но на этом их сходства заканчиваются, пишет The Grunge.
Земля — каменистая планета с радиусом около 6,371 км. Благодаря жидкой воде, атмосфере, магнитному полю и умеренной удаленности от Солнца на ней обитают все виды форм жизни. Между тем, Юпитер — массивная газообразная планета, расположенная намного дальше от Солнца и не способная поддерживать формы жизни, как это делает Земля. По данным NASA, он в 11 раз больше нашей родной планеты, что делает ее самой массивной планетой в нашей Солнечной системе.
Но что бы произошло, если бы у Юпитера и Земли было больше общего? Что, если бы Земля внезапно стала в 11 раз больше, сравнявшись с непостижимым размером Юпитера?
К сожалению, ответ не такой очевиден, как может показаться. В результате у нас не будет намного больше места и ресурсов для нашего растущего населения. На самом деле, такие изменения могут сделать некогда процветающую Землю непригодной для жизни. И вот почему:
Значительные изменения гравитации
Возможно, самым заметным изменением, которое произойдет, если Земля станет размером с Юпитер, будет ее новая, гораздо более сильная гравитация
Возможно, самым заметным изменением, которое произойдет, если Земля станет размером с Юпитер, будет ее новая, гораздо более сильная гравитация. Поскольку Юпитер в 11 раз больше Земли, гравитация Земли увеличилась бы соответсвенно в 11 раз. Притяжение гравитационного поля станет настолько сильным, что ваши мышцы не будут достаточно сильны, чтобы двигать телом.
Но что, если вместо того, чтобы мгновенно увеличиваться в размерах, Земля с самого начала была бы такой же большой, как Юпитер? В таком случае наиболее существенная разница будет в размерах объектов. Все живое и неживое, включая горы, деревья, животных и людей будут намного меньше. А все потому, что чем больше гравитация, тем больше вы будете ей сопротивляться. Меньшие объекты весят меньше и, следовательно, не так сильно сопротивляются гравитации.
Повышение давления воздуха
Если бы гравитация Земли мгновенно сравнялась с гравитацией Юпитера, это также повлияло бы и на воздух
Если внезапного увеличения земной гравитации будет недостаточно, чтобы сделать дыхание невозможным, это сделает повышение давления воздуха.
Если бы гравитация Земли мгновенно сравнялась с гравитацией Юпитера, это также повлияло бы и на воздух. В частности, окружающие нас молекулы воздуха будут больше тянуться вниз, повышая атмосферное давление Земли. Хотя повышение атмосферного давления, безусловно, негативно скажется на наших легких, это будет не единственное влияние, которое оно окажет.
Атмосферное давление играет важную роль в поведении молекул воды. На больших высотах благодаря снижению атмосферного давления вода кипит при более низких температурах. Если бы атмосферное давление увеличилось, вам пришлось бы нагревать воду еще больше, чтобы заставить ее закипеть. Это может оказать значительное влияние на погодный цикл, поскольку молекулам воды будет труднее покинуть свою жидкую форму и испариться.
Встреча с астероидами станет обыденностью
Если бы Земля была размером с Юпитер, она могла бы притягивать больше астероидов, в том числе более крупных
В дополнение к изменению вещей на поверхности планеты новое увеличение гравитации Земли также повлияет на то, как она притягивает объекты в космосе.
Если бы Земля была размером с Юпитер, она могла бы притягивать больше астероидов, в том числе более крупных. Астероиды, достаточно большие, чтобы вызвать значительные глобальные изменения, попадают на нашу где-то раз в сто миллионов лет.
Земля в основном защищена от астероидов благодаря своему небольшому размеру. Между тем, Юпитер имеет тенденцию сталкиваться с ними гораздо чаще — несколько раз в год.
Некоторые астрономы считают, что мы частично защищены от комет и астероидов, благодаря сильной гравитации и самого Юпитера. Юпитер делает это, притягивая космический мусор, либо перенаправляя его, либо уничтожая, не позволяя нам столкнуться с ним. Если бы Земля была размером с Юпитер, астероиды стали бы обыденностью.
Магнитное поле Земли может исчезнуть
Магнитное поле, создаваемое ядром Земли, важно для выживания всего живого планеты
В настоящее время Земля имеет расплавленное железное ядро, которое отвечает за создание магнитного поля вокруг планеты. Если бы давление на ядро Земли увеличилось, это могло бы привести к его затвердеванию.
Прежде чем ядро Земли сможет полностью затвердеть потребуются миллиарды лет. Но на Земле с повышенной гравитацией это может измениться. Магнитное поле, создаваемое ядром Земли, важно для выживания всего живого планеты. Без нашего магнитного поля мы подвергались бы вредному воздействию солнечной радиации.
Юпите. Может ли эта огромная газообразная планета превратиться в звезду?
Пятая планета Солнечной системы является многократной рекордсменкой. Юпитер — самый большой шар, вращающийся вокруг Солнца. У него самая большая луна, а также самая большая буря, которая происходила почти за 360 лет.
На самом деле неизвестно, что скрыто в центре Юпитера . Считается, что эта огромная планета , диаметр которой в одиннадцать раз превышает диаметр Земли , имеет каменистое ядро, окруженное слоем металлического водорода. Чем она выше, тем больше вероятность того, что водород, из которого состоит внутренняя атмосфера планеты , станет газообразным.
На Юпитере нет четкой границы между двумя разновидностями этого элемента. То же, что нет чистой поверхности. Юпитер, как и положено газовому гиганту, представляет собой огромное облако газов, вращающихся с гигантскими скоростями .
Таким образом, точка, в которой начинается атмосфера Юпитера, является чисто дискреционной. Предполагается, что он находится в точке, где атмосферное давление в десять раз превышает давление земли. Выше этой точки находится 5000 км облаков. Они состоят в основном из аммиака и располагаются характерными тяжами. Из-за них на фотографиях Юпитер кажется окрашенным в коричневые и оранжевые полосы.
Интересные факты о Юпитере: грозы над газовым гигантом
Однако эти полосы не являются регулярными. То и дело на них появляются белые и коричневые овалы. Это бури, от маленьких до огромных. Штормы на Юпитере могут быть очень короткими — несколько часов — и очень продолжительными, длящимися сотни лет . Ко второй категории относятся наиболее известные из них, так называемые Большое красное пятно.
Это самое необычное атмосферное явление во всей Солнечной системе . Возраст этого огромного вихря (который можно увидеть в любительский телескоп) оценивается в 358 лет. Его размер варьируется. Однако буря постоянно больше, чем весь диаметр Земли . Его верхние слои выступают на 8 км над окружающими облаками. Шторм представляет собой антициклон, вращающийся против часовой стрелки.
Мелочи о Юпитере: ветры Юпитера ускоряются
Ученые внимательно следят за Большим Красным Пятном . Благодаря этому известно, что внешний круг бури ускоряется все больше и больше. Астрономы из НАСА и ЕКА определили, что в период с 2009 по 2020 год скорость ветра в этой зоне увеличилась на 8%.
Если бы не одиннадцатилетний диапазон наблюдений, никто бы не знал, что такая тенденция имела место. Ученым удалось обнаружить изменения скорости ветра , происходящие со скоростью даже менее 2,5 километров в час за земной год.
На данный момент причина увеличения скорости ветра в Большом Красном Пятне остается неизвестной . Мы также до сих пор не знаем, что происходит в нижних частях грозы, под облачным покровом.
Юпитер мелочи: космический пылесос
Юпитер красиво выглядит не только на фотографиях, сделанных при посещении или прохождении мимо зондов — таких как «Кассини», «Новые горизонты», «Галилео» и все еще работающего « Юноны » . Он также играет важную роль в Солнечной системе . Ученые предполагают, что именно ему мы обязаны защитным зонтиком, который спасает нас от частых ударов астероидов и комет .
Откуда ты это знаешь? Даже несмотря на то, что на окраинах Солнечной системы много комет. Лишь немногие летят к солнцу. Мы знаем более 5000 из них. Однако те, которые хорошо видны невооруженным глазом , появляются очень редко — раз в несколько десятков или несколько сотен лет. Считается, что это связано с Юпитером , который благодаря своей огромной гравитации действует как космический «пылесос» и перехватывает множество комет, которые могут угрожать Земле.
В 1994 году астрономам удалось наблюдать такое событие. В этом году к Юпитеру приблизилась комета Шумейкера-Леви . Сначала он развалился на части. Затем они упали на планету, которую наблюдали телескопы на Земле, на орбите и летящий к Юпитеру зонд «Галилео».
Юпитер мелочи: есть ли у этой планеты шанс стать звездой?
Масса Юпитера в 318 раз больше массы Земли. Это также в 2,5 раза больше массы всех других планет Солнечной системы вместе взятых. У него такая же плотность, как у Солнца , а его радиус в десять раз меньше, чем у Солнца.
Есть ли шанс, что Юпитер превратится в звезду и под его поверхностью начнутся термоядерные реакции ? Нет. Он слишком легкий для этого, целых 75 раз. Интересен, однако, тот факт, что она излучает в космос больше тепла, чем получает от Солнца. Это результат охлаждения этой планеты, из-за которого гигант сжимается со скоростью 3 см в год.
Факты о Юпитере: самая большая луна в Солнечной системе
У Юпитера 79 спутников . Из них выделяется огромный Ганимед , который — подобно Титану — больше Меркурия . Ганимидес принадлежит к так называемому Галилеевы луны. Это четыре спутника Юпитера, открытые в 1610 году Галилеем . Его можно наблюдать в бинокль.
Этот ледяной спутник изучался космическим кораблем Галилео, первым искусственным спутником Юпитера. Однако Ганимед настолько интересен, что вскоре станет целью еще одной наземной экспедиции: миссии JUICE. Jupiter Icy Moon Explorer — это зонд Европейского космического агентства , запуск которого запланирован на апрель 2023 года.
Помимо Ганимеда, JUICE исследует два других спутника Юпитера — Каллисто и Европу . Все они будут искать подземные резервуары с жидкой водой.
Может ли Юпитер стать звездой?
Из-за недостаточной массы Юпитер не может стать звездой, хотя он очень похож на Солнце.
Вселенная, несомненно, прекрасна и наполнена объектами, размеры которых выходят за рамки нашего понимания. Несмотря на то, что мы живем на Земле и видели множество ее фотографий, наш разум никак не может понять, насколько огромна наша планета на самом деле.
Но есть объекты, которые экспоненциально больше нашей маленькой планеты, большинство из них — звезды. Звезды бывают разных размеров, но большинство из них намного больше планет.
Наше Солнце более чем в сто раз больше любой планеты в нашей Солнечной системе. Земля рядом с Солнцем выглядит маленькой точкой.
Однако есть один член нашей солнечной семьи, который очень похож на нашего всеми любимого пылающего гиганта — Юпитер.
Художественное изображение Юпитера и его спутников.
Юпитер во многих отношениях очень похож на Солнце, и он намного больше всех своих собратьев-планет. Возникает вопрос: если Юпитер так похож на Солнце, то почему он сам не является звездой? И даже если это не так, может ли он когда-нибудь стать звездой?
Что такое звезда?
Если говорить очень простыми словами, то звезда — это шар горячего газа, который излучает свет. Газ состоит в основном из водорода и гелия, и эти газы удерживаются вместе под действием гравитации.
Свет, тепло и энергия звезды производятся в ее ядре, где атомы водорода сливаются с образованием атомов гелия — процесс, известный как ядерный синтез. Этот процесс выделяет огромное количество энергии, поэтому звезды такие яркие!
Этот процесс энергообразования очень важен для звезды и для вопроса, поставленного в этой статье.
Как рождается звезда?
Считается, что звезды рождаются из материи, находящейся в межзвездных облаках. Эти облака состоят из газов и пыли, и иногда они испытывают на себе действие собственной гравитации.
Межзвездные облака состоят из газов и пыли.
Когда это происходит, материя из облака начинает вращаться очень быстро. По мере того как материя продолжает вращаться, она накапливает все больше и больше газов и других материалов, выделяемых облаком, и образует небольшое ядро с вращающимся диском из материи межзвездного облака вокруг него.
Ядро состоит из газов, и когда масса водорода становится достаточной для ядерного синтеза, внешний диск выбрасывается, а ядро остается и продолжает существовать в виде звезды.
А как насчет планеты?
Планета рождается из материи, которая присутствовала в диске вокруг ядра. Маленькие частицы этой материи цепляются друг за друга, двигаясь вокруг новообразованной звезды; в конце концов, они становятся достаточно большими, чтобы превратиться в планету.
Насколько похожи Солнце и Юпитер?
Юпитер — газообразная планета. У него нет твердой поверхности, как у Земли. Как и Солнце (и большинство звезд), он состоит из газов, таких как водород и гелий.
Юпитер огромен, он почти в 11 раз больше Земли и в 318 раз массивнее. Он не только массивнее нашей планеты, но и массивнее всех планет нашей Солнечной системы вместе взятых (в частности, он примерно в 2,5 раза массивнее всех планет вместе взятых).
Юпитер — газообразная планета, которая по своему составу очень похожа на Солнце.
Звезды имеют низкую плотность. Плотность Солнца составляет 1,41 грамма на кубический сантиметр, в то время как плотность Земли гораздо выше — 5,51 грамма на кубический сантиметр.
Плотность Юпитера гораздо ближе к солнечной — 1,33 грамма на кубический сантиметр.
Даже газообразный состав планеты-гиганта похож на солнечный. Наше Солнце состоит из 71% водорода и 27% гелия, тогда как Юпитер — из 73% водорода и 24% гелия.
Почему Юпитер не является звездой?
Итак, если Юпитер так похож на Солнце, и если он также довольно большой (Юпитер на самом деле больше некоторых звезд во Вселенной. Одна из таких звезд находится всего в 600 световых годах от нас и по размеру примерно равна Сатурну), то что же мешает ему стать звездой?
Помните, когда мы говорили вам, что процесс образования энергии в звезде очень важен? Вот что мешает Юпитеру стать звездой. Юпитер просто не имеет достаточной массы для формирования ядра, в котором может начаться реакция ядерного синтеза; без этой реакции он не станет звездой.
Таким образом, даже если он похож на наше Солнце почти по всем параметрам, его неспособность начать реакцию ядерного синтеза в своем ядре удерживает его от перехода границы между планетой и звездой.
Может ли Юпитер когда-нибудь стать звездой?
Естественным образом? Маловероятно. Юпитер не может получить дополнительную массу из ниоткуда. В нашей Солнечной системе нет никакой дополнительной межзвездной материи, которую планета-гигант могла бы всосать, чтобы увеличить свою массу.
И даже если бы после образования всех планет осталось какое-то межзвездное вещество, его было бы недостаточно. Чтобы стать хотя бы коричневым карликом (самым маленьким типом звезды, находящимся на границе между звездой и планетой), планете все равно пришлось бы увеличить собственную массу в 13 раз.
Большой мальчик из нашей солнечной семьи очень похож на Солнце и мог бы стать звездой, если бы у него было больше материи для всасывания в процессе формирования.
Он все еще может стать звездой, если сможет найти еще 13 своих двойников и заставить их согласиться сформировать небольшой объединенный культ.
Если говорить серьезно, то суть в том, что Юпитер — это газообразная планета со свойствами, похожими на свойства звезды, но недостаток массы не позволяет ей начать процесс ядерного синтеза, что делает ее планетой, а не звездой. Если бы масса Юпитера была по крайней мере в 13 раз больше, то он мог бы стать звездой.
Так что, хотя Юпитер, возможно, никогда не станет звездой, которой он мог бы достичь, он всегда будет звездой в наших сердцах!
Гипотеза газопылевого облака • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»
Гипотезы о том, как сформировалась Солнечная система, относятся к области космогонии — одного из старейших разделов теоретической астрономии. Первым такую гипотезу, исходя из общих умозрительных соображений, выдвинул немецкий философ Иммануил Кант (Immanuel Kant, 1724–1804), однако по-настоящему научное развитие она получила в трудах Пьера Симона Лапласа, первым предпринявшего попытку объяснить механику образования Солнечной системы в рамках Закона всемирного тяготения Ньютона.
В начале сценария предполагается наличие газопылевой туманности. По чистой случайности отдельные области этой туманности оказываются плотнее окружающего их вещества и, следовательно, обладают большей массой. Тут в действие вступает сила тяготения, и окружающая материя начинает устремляться к этим центрам повышенной плотности, масса которых всё возрастает. В конечном итоге материя в области каждого такого центра уплотняется настолько, что в результате гравитационного коллапса в каждой такой точке образуется звезда. Сегодня астрономы наблюдают в нашей Галактике достаточно много подобных центров формирования звезд.
В целом, остаточное газопылевое облако вокруг формирующейся звезды ведет себя хаотично, и частицы материи движутся внутри него во всех направлениях. И тут, опять же по чистой случайности, может оказаться, что большая часть газа и пыли оказываются «закрученными» в одну сторону. Соответственно, газопылевое облако вокруг формирующейся звезды приобретает чистый угловой момент количества движения. В соответствии с законом сохранения момента импульса дальнейшее сжатие (конденсация) облака в направлении центра приводит к увеличению угловой скорости вращения материи вокруг центральной части. В итоге, после завершения стадии коллапса газопылевого облака, подавляющая часть его массы оказывается сосредоточенной в центре (где впоследствии сформируется звезда), а незначительная периферийная масса облака оказывается распределенной в экваториальной плоскости вращения протозвезды вокруг собственной оси. Происходит это в результате «сплющивания» остатков распыленного раскрученного вещества под действием центробежной силы. Из вещества этого остаточного диска в дальнейшем формируются планеты.
В окружающем протозвезду остаточном газопылевом диске в результате хаотичных соударений частиц также начинают формироваться сгустки материи, которые в свою очередь начинают служить центрами притяжения для распыленного вокруг вещества. Вокруг них сначала формируются протопланеты, которые также выступают в роли источников гравитационного притяжения, в результате чего околосолнечное вещество расслаивается в кольца, а затем собирается в сгустки на определенных орбитах, из которых, в конечном итоге, и формируются планеты. Типоразмеры планет зависят от расстояния до новорожденной звезды. На небольшом удалении от нее температуры из-за начавшейся внутри звезды термоядерной реакции (см. Эволюция звезд) оказываются слишком высокими, и все легкоплавкие летучие вещества в основном просто испаряются в пространство, не имея возможности сконденсироваться в жидкое или твердое состояние. В результате ближние планеты земного типа оказываются небольшими и относительно плотными из-за преобладания в их составе тяжелых химических элементов — в Солнечной системе к этой категории относятся Меркурий, Венера, Земля и Марс.
Вообще, этот период в эволюции Солнечной системы выглядит несколько странно, если исходить из основных современных гипотез и результатов компьютерного моделирования, полученных согласно этим гипотезам. С одной стороны, накопление вещества вокруг ядер-зародышей современных планет действительно должно было происходить в соответствии с вышеописанной моделью; с другой — такое моделирование предсказывает образование еще 10-12 планет размером с Марс. Сегодня выдвигается гипотеза, что эти протопланеты попросту рассыпались в результате затяжной партии в небесный бильярд, в которую они оказались втянутыми, после чего часть их вещества осела на «успешно» сформировавшихся планетах, избежавших разрушения в результате череды соударений, а часть вещества была буквально вышвырнута на периферию Солнечной системы под воздействием мощного гравитационного поля Юпитера. Таким образом, в нашей Солнечной системе, скорее всего, до сих пор кружится, по большей части на большом удалении от Солнца, значительная масса протопланетных тел.
Луна — естественный спутник Земли — часто также классифицируется астрономами как самостоятельная планета земного типа, однако последние данные свидетельствуют, скорее, в пользу гипотезы гигантского столкновения, согласно которой Луна сформировалась позже других планет земного пояса в результате падения на раннюю Землю еще одной планеты размером с Марс и последующего выброса вещества на околоземную орбиту. Вообще, подобные столкновения на ранней стадии формирования Солнечной системы были явлением распространенным. Это, кстати, объясняет и еще одну загадку Солнечной системы. Угловые скорости вращения планет вокруг собственной оси (иными словами, продолжительность солнечных «суток» на планетах) варьируют в весьма широких пределах. В случае Венеры наблюдается уникальное явление ретроградного суточного вращения: эта планета вращается в противоположную по сравнению со всеми прочими планетами сторону. Такое отличие трудно увязать с размеренным, упорядоченным формированием планетной системы. Однако, если предположить, что итоговое собственное вращение планеты вокруг оси сложилось в результате суммы импульсов, полученных ею в результате мощных соударений с другими протопланетами, всё становится на свои места.
На большем удалении от молодого Солнца на ранней стадии формирования планетной системы было не так жарко, и там сформировались планеты иного типа. Достаточно низкие температуры не препятствовали конденсации и кристаллизации относительно легких химических элементов, в результате чего сформировались сверхмассивные твердокристаллические ядра из скальных пород и льда. Обладая мощным гравитационным полем, они захватили из окрестных газопылевых скоплений значительные объемы легких и летучих веществ — гелия и водорода, образовавших их океаны и/или атмосферу, — и стали еще массивнее (планеты земного типа с их слабым гравитационным полем на это оказались не способны). К категории так называемых газовых гигантов нашей Солнечной системы относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. При огромных по сравнению с планетами земного типа размерах эти планеты характеризуются очень низкой средней плотностью вещества. Плотность Сатурна, например, вообще ниже плотности воды, так что, если бы нашелся океан сопоставимых с этой планетой размеров, Сатурн плавал бы в нем, как поплавок. Тем не менее, согласно современным гипотезам, внутри этих газожидкостных гигантов все-таки есть достаточно массивное плотное ядро из твердого вещества, напоминающее собой планету земного типа и образовавшееся аналогичным образом.
Особый случай представляет собой Плутон, — последняя из открытых «настоящих» планет Солнечной системы. По размеру он сопоставим с планетами земной группы и представляет собой, по сути, огромную глыбу льда летучих элементов. Долгое время ученые считали Плутон не то курьезным недоразумением, не то захваченным Солнечной системой инородным телом. Однако открытие в 1990-х годах так называемого «пояса Койпера», подобного поясу астероидов, — еще одного пояса малых планет, многие из которых движутся по очень вытянутым, «неправильным» орбитам, — заставило астрофизиков пересмотреть свои взгляды. Расположенный за орбитой Нептуна пояс Койпера — основной «поставщик» комет, залетающих в окрестности Солнца. Согласно современным взглядам, Плутон скорее всего представляет собой все-таки самое крупное небесное тело пояса Койпера — зародыш так и не сформировавшейся крупной планеты, вращающийся среди миллионов более мелких «отбросов» Солнечной системы.
Такая картина формирования планетной системы хорошо объясняет многие наблюдаемые характеристики Солнечной системы: небольшие размеры, тяжелый элементный состав и конденсированное состояние внутренних планет; большие размеры, легкий элементный состав и жидкостно-газообразное состояние внешних планет; единое направление движения планет по орбитам вокруг Солнца. В 1995 году астрономами были получены первые доказательства существования планетных систем у других звезд и выяснены некоторые их характеристики (это удалось сделать по замерам циклических отклонений звезд от их среднестатистического положения в пространстве, вызванных силой гравитационного притяжения обращающихся вокруг них планет). Благодаря этому сегодня мы точно знаем о том, что за пределами Солнечной системы планет существует гораздо больше, чем внутри нее: на момент написания этой статьи открыто 83 планеты в 71 звездной системе (теперь, когда вы читаете эти строки, число открытых планет еще возросло). Однако лишь одна из открытых планетных систем похожа на нашу Солнечную систему. Во всех остальных, судя по всему, планеты движутся вокруг своей звезды по сильно вытянутым эллиптическим траекториям, в то время как в нашей Солнечной системе орбиты всех планет, за исключением Плутона, приближаются к круговым. Кроме того, в большинстве этих систем все планеты обращаются вокруг звезд на расстояниях, не превышающих радиус орбиты Меркурия. У некоторых планет период обращения вокруг их солнца и вовсе составляет всего несколько земных суток.
Кроме планетных систем астрономам на сегодняшний день удалось открыть целый ряд околозвездных дисков — сплющенных газопылевых облаков вокруг молодых звезд. А это служит хорошим подтверждением гипотезы образования планетных систем из газопылевых облаков, пусть даже планетных систем, подобных нашей, открыты лишь считанные единицы.
Характеристики 3 крупнейших газообразных планет Солнечной системы ▷➡️ Postposmo
Во Вселенной в целом много-много планет. Солнечные планеты — это те, которые мы знаем, а внесолнечные — это те, которые находятся под орбитой звезды, которая является не Солнцем, а другой. Однако в общих характеристиках каждый из них имеет разный состав. В этом случае Viaje al Cosmos отвечала за объяснение того, что относится к газообразные планеты нашей Солнечной системы в частности.
Прежде чем перечислить те, которые были исследованы человеком, через механизмы, созданные для того же, необходимо детализировать, что такое Газообразные Планеты. Эти планеты легкие и конкретно в Солнечной системе они большие и по этой причине их еще называют газовыми гигантами и в основном находятся во внешней части Солнечной системы.
Вы также можете прочитать: 4 ОСНОВНЫХ АСПЕКТА ДЛЯ ХОРОШЕГО ЗНАНИЯ АСТЕРОИДОВ
Они состоят прежде всего из гелий и водород и это отражение состава исходной солнечной туманности. Что наиболее поразительно, так это то, что, согласно наблюдениям в исследованиях, на этих планетах происходят важные метеорологические процессы и процессы гравитационного типа. Они также являются обладателями большой массы газа в постоянной конвекции, несмотря на их маленькое ядро.
По сравнению с Планета Земля, газовые планеты чрезвычайно гигантские. В нашей Солнечной системе есть Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, также называемые планетами Юпитера по отношению к планете Юпитер, поскольку ее газообразная природа подобна природе Юпитера. Интересен тот факт, что хотя некоторые из них имеют твердый центр, юпитерианские планеты считаются газовыми гигантами.
Индекс
- 1 3 самые большие газообразные планеты Солнечной системы
- 1.1 Один: Юпитер
- 1.1.1 Юпитер основные факты
- 1.1.2 большое красное пятно
- 1.2 Два: Сатурн
- 1.3 Три: Уран
- 1.1 Один: Юпитер
Один: Юпитер
Она самая большая не только среди газообразных планет, но и во всей Солнечной системе. Фактически, планета юпитер его материя почти в два с половиной раза превышает материю всех других планет вместе взятых, а весь его объем в тысячу раз превышает объем планеты Земля. Вот какой он гигантский! Мы были бы крошечной частицей рядом с ними, совершенно отличной от того, что они показывают по телевидению, когда кто-то вымышленно посещает одну из этих планет.
Видимо планет больше вдали от СолнцаВ основном они состоят из газа. Однако нельзя сказать, что в зависимости от их удаленности можно определить их размер. На самом деле из планет, которые называются внешними или газообразными, Юпитер — это та, которая находится ближе всего к Солнцу.
В качестве любопытного факта важно отметить, что эта планета имеет состав, аналогичный составу Солнца, образованный гелий, водород и небольшое количество метан, водяной пар, аммиак и другие соединения.
Планета Юпитер, самая большая из газовых планет, имеет настолько тонкую систему колец, что невидима с Земли. Кроме того, у него также есть много спутников. В частности, четыре его спутника были обнаружен Галилеем в 1610 году. Тогда впервые кто-то наблюдал небо в телескоп.
Юпитер основные факты
Эта планета по сравнению с нашей планетой Земля имеет экваториальный радиус 71.492 6.378 км, а у Земли — 778.330.000 149.600.000 км. В дополнение к среднему расстоянию от Солнца примерно 11,86 XNUMX XNUMX км, а от Земли оно составляет XNUMX XNUMX XNUMX км. Наш период обращения вокруг Солнца длится ровно один год, в то время как Юпитеру для завершения полного оборота вокруг Солнца требуется XNUMX года.
Эта газообразная планета также имеет среднюю температуру поверхности -120º C, тогда как, с другой стороны, у Земли она составляет 15º C. Атмосфера Юпитера это довольно сложно из-за большого количества облаков и штормов. По этой причине на нем видны полосы разных цветов и несколько пятен. Одна, в частности, особенная, которая привлекла внимание различных астрономов и ученых.
Может быть, вас это интересует: 3 КОМЕТЫ, КОТОРЫЕ СКОРО ПРИБЛИЗЯТСЯ К ПЛАНЕТЕ ЗЕМЛЯ
большое красное пятно
Что характеризует планету Юпитер, так это то, что она имеет Большое красное пятно, который согласно исследованиям представляет собой шторм, превышающий диаметр Земли и расположенный в тропических широтах южного полушария. Эта буря вызывает на этой газообразной планете ветры со скоростью 500 км/ч. С другой стороны, кольца Юпитера проще, чем кольца Сатурна.
Такие кольца состоят из частиц пыли, выброшенных в космос при столкновении метеоритов с внутренние луны де Юпитер. Однако и кольца Юпитера, и спутники движутся внутри огромного сгустка радиации, запертого в магнитосфере, которая является магнитным полем планеты.
Это огромное магнитное поле достигает расстояния от 3 до 7 миллионов километров в направлении Солнца, однако оно проецируется в противоположном направлении, более чем на 750 миллионов километров, пока не достигнет Орбита Сатурна.
Два: Сатурн
Эта планета также известна как вторая по величине планета в нашей Солнечной системе. С другой стороны, Сатурн — единственная планета, имеющая кольца, видимые с Земли. По этой причине ранее считалось, что это единственная планета с кольцами. Его специфическая форма отчетливо видна как планета, сплющенная у полюсов из-за быстрого вращения.
Сатурн имеет атмосфера состоит из водорода, с небольшим количеством гелия и метана. Кроме того, это единственная планета, плотность которой меньше, чем у воды. Если бы мы нашли достаточно большой океан, Сатурн плавал бы. С другой стороны, планета желтоватого цвета. Однако на его облаках есть полосы других цветов, как у Юпитера, хотя они не так заметны. Вблизи экватора Сатурна дует ветер со скоростью 500 км/ч.
Внешний вид Сатурна довольно привлекателен благодаря его кольцам, так как два из них яркие, А и В, и одно более мягкое, С. Между ними есть просветы. Самая крупная из них — дивизия Кассини. По сравнению с планетой Земля экваториальный радиус Сатурна составляет 60.268 6.378 км, а у Земли — XNUMX XNUMX км. С другой стороны, это планета обращается вокруг солнца за 29,46 лет, а Земля делает это за период в 1 год.
Три: Уран
Что касается местоположения, то планета Уран это седьмая планета от Солнца, но также третья по величине и четвертая по массивности в Солнечной системе. Эта планета также была первой, которая была обнаружена благодаря использованию телескопа в 1781 году. Эта планета имеет атмосферу, в состав которой входят метан, водород и другие углеводороды. Однако метан является компонентом, который поглощает красный свет, и по этой причине отражаются синие и зеленые тона.
Планета Уран также наклонена таким образом, что экватор образует почти прямой угол, а точнее 98 градусов, с орбитальный путь. Это положение означает, что иногда самой горячей частью, обращенной к Солнцу, является один из полюсов.
Вы также можете прочитать: 6 ВИДОВ КОСМИЧЕСКОЙ ПЫЛИ ПО МЕСТОПОЛОЖЕНИЮ И ПРОИСХОЖДЕНИЮ
По сравнению с планетой Земля, Уран имеет экваториальный радиус 25. 559 6.378 км, а Земля имеет экваториальный радиус XNUMX XNUMX км. С другой стороны, Уран вращается вокруг Солнца за период 84,01 года, в то время как Земля делает это за период 1 год. Его температура составляет -210 º C на среднем уровне поверхности, что сильно отличается от температуры нашей планеты, которая составляет 15 º C.
Три газообразные планеты, упомянутые выше, весьма удивительны и заслуживают того, чтобы о них знали. научный уровень и академический. Однако нет ничего более впечатляющего, чем планета Земля, поскольку до сих пор это единственная известная планета с жизнью. Хотя мы все еще ждем какого-то другого космического тела, свидетельствующего о существовании какой-то живой частицы.
газовых гигантов: планеты Юпитера нашей Солнечной системы и за ее пределами
Четыре газовых гиганта нашей Солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — все вместе известны как планеты Юпитера, что означает «подобные Юпитеру».
(Изображение предоставлено: dottedhippo через Getty Images)
Газовые гиганты — это большие планеты, состоящие в основном из газов, таких как водород и гелий, с относительно небольшим каменным ядром. Газовые гиганты нашей Солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — вместе составляют группу, известную как планеты Юпитера, по данным Университета Колорадо в Боулдере .
Термин «юпитерианский» означает «подобный Юпитеру», и хотя наши исследования Солнечной системы показали, что газовые гиганты, такие как Уран и Нептун, сильно отличаются от Юпитера, описательный термин «юпитерианский» все еще существует. Этот ярлык также используется для описания экзопланет с массой Юпитера, обнаруженных за пределами нашей Солнечной системы, по данным Технологического университета Суинберна (открывается в новой вкладке).
Истории по теме:
Четыре газовых гиганта Солнечной системы находятся на окраинах, за орбитами Марса и поясом астероидов. Но миры совершенно отличны друг от друга. Юпитер и Сатурн значительно крупнее Урана и Нептуна, и каждая пара планет (Юпитер и Сатурн против Урана и Нептуна) имеет несколько иной состав.
Хотя в нашей Солнечной системе всего четыре большие планеты, астрономы обнаружили тысячи за ее пределами с помощью многочисленных телескопов на Земле и в космосе. Эти экзопланеты (как их называют) изучаются, чтобы узнать больше о том, как возникла наша солнечная система, и сравнить формирование нашей солнечной системы с теми планетными системами, которые могут быть совершенно другими.
Важность газовых гигантов
Похоже, что одно из первых употреблений слова «газовый гигант» для обозначения большой планеты возникло в 1952 научно-фантастических произведения автора Джеймса Блиша (открывается в новой вкладке). В то время, когда писал Блиш, за пределами нашей Солнечной системы еще не было обнаружено ни одной планеты, и ни один космический корабль еще не стартовал с Земли.
Это означало, что в его эпоху все, что мы знали о планетах, было получено из телескопических наблюдений, астрономических теорий и наборов данных, только что начавших анализироваться компьютерными моделями, доступными в то время. Пройдут десятилетия, прежде чем появится больше информации.
Первый пролет Юпитера был совершен в 1972 году с помощью Pioneer 10, а первые экзопланеты были обнаружены вокруг пульсара PSR 1257+12 в 1992 году. С тех пор область исследований газовых гигантов быстро диверсифицировалась и расширилась.
«Изучение поведения газовых гигантов приобрело повышенное значение после обнаружения многих газообразных экзопланет», — написал рецензируемый научный журнал Nature в сводке исследований на сегодняшний день в 2016 году .
Художественное изображение зодиакального света на поверхности планеты Кеплер-1229б. (Изображение предоставлено SHAO/Yue Xu)
Элементы исследований, привлекшие внимание ученых в последние годы, включали обсуждение колец газовых гигантов и выяснение источника полярных сияний. Более того, как утверждает Nature, исследования газовых гигантов станут богатой почвой для встреч и обмена знаниями между разными учеными.
«Поскольку многие газообразные планеты, обнаруженные вокруг других звезд, имеют характеристики, значительно отличающиеся от планет в нашей Солнечной системе, наука о планетах-гигантах обладает огромным междисциплинарным потенциалом в качестве места встречи планетарных и экзопланетных сообществ», — отмечает Nature.
Даже с тех пор 2020-е годы были богаты открытиями благодаря растущей интеграции машинного обучения и искусственного интеллекта для получения наборов данных, не говоря уже о количестве новых телескопов, увидевших первый свет. Крупные обсерватории 2020-х годов включают космический телескоп Джеймса Уэбба и Европейский чрезвычайно большой телескоп, которые, как ожидается, внесут свой вклад в изучение экзопланет.
У нас уже есть множество данных об экзопланетах от обсерваторий, таких как спутник для исследования транзитных экзопланет НАСА (TESS), бывший космический телескоп агентства «Кеплер» и высокоточный прибор для поиска планет с радиальной скоростью на 3,6-метровом телескопе Европейской южной обсерватории. в обсерватории Ла Силья в Чили. НАСА сообщает, что к началу 2022 года было обнаружено более 4000 экзопланет , большая часть из которых — газовые гиганты.
Художественное изображение космического корабля TESS и некоторых обнаруженных им экзопланет. (Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech)
Газовые гиганты в нашей солнечной системе
Юпитер — самая большая планета в нашей солнечной системе. Его радиус почти в 11 раз превышает размер Земли, и многие десятки спутников либо подтверждены, либо ожидают подтверждения. Планета в основном состоит из водорода и гелия, окружающих плотное ядро из камней и льда, при этом большая часть ее объема, вероятно, состоит из жидкого металлического водорода, который создает огромное магнитное поле. Юпитер виден невооруженным глазом и был известен древним. Его атмосфера состоит в основном из водорода, гелия, аммиака и метана. Мы также собрали оставшиеся без ответа вопросы о Юпитере, чтобы получить представление о будущих исследованиях, например о том, как он обогатился тяжелыми элементами.
Сатурн примерно в девять раз превышает радиус Земли и характеризуется большими кольцами; как они образовались неизвестно. У него открыто и подтверждено несколько десятков спутников. Как и Юпитер, Сатурн в основном состоит из водорода и гелия, которые окружают плотное ядро, и его также отслеживали древние культуры. Его атмосфера похожа на атмосферу Юпитера. Мы также рассмотрели некоторые оставшиеся без ответа вопросы о Сатурне, например, сколько длится день на планете.
Множество кружащихся облаков в динамичном северном умеренном поясе Юпитера запечатлено на этом снимке, сделанном космическим кораблем НАСА «Юнона». (Изображение предоставлено НАСА)
Уран имеет радиус, примерно в четыре раза превышающий радиус Земли, и является первым газовым гигантом, обнаруженным с помощью телескопа, поскольку Юпитер и Сатурн наблюдались невооруженным глазом с древних времен. Уран — единственная планета, наклоненная на бок, и он также вращается назад относительно всех планет, кроме Венеры, что означает, что огромное столкновение разрушило его давным-давно. У планеты десятки спутников, а ее атмосфера состоит из водорода, гелия и метана. Он был открыт Уильямом Гершелем в 1781 году, и только один космический корабль «Вояджер-2» пролетел мимо него в 1986. Некоторые странные вещи, наблюдаемые на Уране, включают необъяснимые низкие температуры и сложную атмосферу.
Нептун также имеет радиус примерно в четыре раза больше, чем у Земли. Как и у Урана, его атмосфера в основном состоит из водорода, гелия и метана. Она была обнаружена в 1846 году, и мимо нее пролетел единственный космический корабль, которым был Вояджер-2 в 1989 году. У планеты есть более дюжины подтвержденных спутников. Мы также рассмотрели некоторые из самых больших загадок Нептуна, такие как его сверхвысокая скорость ветра. Ученые также надеются организовать миссию для посещения Урана и Нептуна через несколько десятилетий.
Художественное представление TOI-561, одной из старейших планетарных систем с самым низким содержанием металлов, обнаруженных в галактике Млечный Путь. (Изображение предоставлено обсерваторией В. М. Кека/Адам Макаренко)
Газовые гиганты за пределами нашей Солнечной системы
Суперземли: Ученые обнаружили множество «суперземель» (планет размером между Землей и Нептуном) в других солнечных системы. В нашей Солнечной системе нет известных суперземель, хотя некоторые ученые предполагают, что во внешних пределах нашей Солнечной системы может скрываться «Планета девять». Ученые изучают эту категорию планет, чтобы узнать, на что больше похожи суперземли: на маленькие газовые гиганты или на большие планеты земной группы. Также неясно, может ли на этих планетах быть жизнь и сколько воды будет на их поверхности.
Горячие юпитеры: Это планеты размером с Юпитер или больше, вращающиеся очень близко к своим родительским звездам. Как они туда попали, все еще изучается, но две основные теории (просто говоря) говорят, что они либо мигрировали на эту орбиту издалека, либо сформировались по существу на месте. Эти экзопланеты были обнаружены первыми, потому что они настолько массивны и находятся так близко к своим родительским звездам, что вызывают большие «колебания» гравитации звезды, благодаря чему их относительно легко обнаружить с помощью обсерваторий 19-го века.90-е годы, по данным NASA .
Художественное изображение горячего Юпитера. (Изображение предоставлено НАСА, ЕКА и Г. Бэконом (STScI))
Формирование и шансы на жизнь
Астрономы считают, что планеты Юпитера сначала сформировались как скалистые и ледяные планеты, похожие на планеты земной группы. Однако размер ядер позволил этим планетам (особенно Юпитеру и Сатурну) захватить водород и гелий из газового облака, из которого конденсировалось Солнце, до того, как Солнце сформировалось и унесло большую часть газа.
Поскольку Уран и Нептун меньше и имеют большие орбиты, им было труднее собирать водород и гелий так же эффективно, как Юпитеру и Сатурну. Это, вероятно, объясняет, почему они меньше, чем эти две планеты. В процентном отношении их атмосфера более «загрязнена» более сложными химическими соединениями, такими как метан и аммиак, потому что они намного меньше.
Газовые гиганты вряд ли могут быть носителями жизни в том виде, в каком мы ее знаем, поскольку они представляют собой огромные газовые шары без существенной поверхности. Тем не менее, есть возможность найти микробную жизнь на их различных ледяных спутниках, или, возможно, есть другие возможности жизни, которые наука еще не рассматривала. Но по состоянию на 2021 год даже меньшие планеты размером с Землю, которые мы обнаружили, вряд ли будут иметь жизнь, заключило крупное исследование.
Художественное изображение экзолуны, вращающейся вокруг экзопланеты Кеплер 1708 г. р. (Изображение предоставлено Helena Valenzuela Widerström)
Спутники газовых гигантов
Вокруг планет-гигантов в нашей Солнечной системе находятся десятки спутников. Многие из них сформировались в то же время, что и их родительские планеты, что подразумевается, если планеты вращаются в том же направлении, что и спутники вблизи их экватора (например, огромные спутники Юпитера Ио, Европа, Ганимед и Каллисто). Но есть и исключения.
Одна большая луна Нептуна, Тритон, вращается вокруг планеты, противоположной направлению вращения Нептуна, что подразумевает, что Тритон был захвачен, возможно, когда-то более крупной атмосферой Нептуна, когда он проходил мимо. И в Солнечной системе есть много крошечных лун, которые вращаются далеко от экватора своих планет, что означает, что они также были захвачены огромным гравитационным притяжением.
Подмножество лун, называемых ледяными лунами, могут иметь условия для жизни, поскольку мы нашли доказательства наличия энергии и жидкой воды, которые могли бы поддерживать микробы. На 2030-е годы запланирован запуск спутников Europa Clipper НАСА и JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) Европейского космического агентства, чтобы узнать больше о потенциале нескольких спутников для жизни. Есть также надежда совершить посадочную миссию на луну Юпитера (или на какую-нибудь другую ледяную луну в другом месте Солнечной системы) позже в этом столетии, чтобы увидеть поверхность вблизи.
По состоянию на начало 2022 года астрономическое сообщество точно не подтвердило обнаружение экзолуны, спутника, вращающегося вокруг экзопланеты. Но они приближаются. Чтобы обнаружить экзолуну, нам нужно увидеть не только падение яркости, вызванное прохождением планеты перед звездой, но и характерный провал от Луны. Луны относительно крошечные, и нашим нынешним обсерваториям их трудно обнаружить. Но технология телескопов быстро совершенствуется, так что астрономам скоро может повезти.
НАСА выбрало тяжелую ракету SpaceX Falcon Heavy для запуска миссии Europa Clipper к ледяной луне Юпитера. (Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech)
Текущие исследования
С таким количеством активных миссий, которые выполняются или планируются для этих различных миров, не говоря уже об исследованиях с помощью телескопов и компьютерных моделях, наука о газовых гигантах может быстро измениться в вопросе недель или месяцев. Мы укажем здесь общие направления исследований, а также страницы Space.com, где вы можете быть в курсе последних открытий различных газовых гигантов в Солнечной системе и за ее пределами.
Юпитер: Космический корабль НАСА «Юнона» прибыл на планету в 2016 году, дополнив многочисленные другие исследования, проведенные с помощью космических кораблей и космического телескопа «Хаббл». Он изучил кольца планеты, чего трудно достичь иначе, поскольку они намного тоньше, чем у Сатурна. Зонд исследует полярные сияния Юпитера, чтобы узнать об их происхождении и отличиях от других планет, и погружается глубоко в атмосферу, чтобы узнать об облаках в атмосфере планеты. Исследователи также очарованы поведением Большого Красного Пятна, постоянной штормовой системы в Южном полушарии Юпитера, которая, похоже, сжимается. Следите за новостями об исследованиях Юпитера здесь.
Сатурн: В 2017 году космический аппарат «Кассини» завершил более десятка лет наблюдений за Сатурном. Но научная работа «Кассини» все еще продолжается, поскольку ученые анализируют данные, собранные в течение многих лет на Сатурне. Его кольца использовались для исследования гравитации планеты, и ученых очень интересуют различные ледяные луны вокруг планеты, на которых может быть жизнь. Следите за новостями об исследованиях Сатурна здесь.
Уран: Бури Урана часто являются мишенью как для профессиональных телескопов, так и для астрономов-любителей, которые следят за тем, как они развиваются и изменяются с течением времени. Ученые также заинтересованы в изучении структуры его колец и того, из чего состоит его атмосфера. Недавние исследования были сосредоточены на таких аспектах, как погода в его атмосфере и троянские астероиды, окружающие планету. Следите за новостями об исследованиях Урана здесь.
Уран в рентгеновских лучах. (Изображение предоставлено: X-ray: NASA/CXO/University College London/W. Dunn et al. Оптическое: обсерватория W.M. Keck)
(открывается в новой вкладке)
Нептун: Штормы на Нептуне также являются популярной целью для наблюдений , а в 2018 году эти наблюдения снова принесли свои плоды; работа космического телескопа Хаббла показала, что давний шторм теперь уменьшается. Исследователи отметили, что шторм рассеивается не так, как ожидали их модели, что показывает, что наше понимание атмосферы Нептуна все еще требует уточнения.
Экзопланеты: Наш поиск экзопланет на самом деле только начинается, но по мере того, как набор данных становится все больше, НАСА стремится ответить на эти масштабные вопросы: что такое экзопланета? Есть ли жизнь на других планетах? Сколько существует экзопланет? Наконец, где мы можем найти экзопланеты и можем ли мы предсказать их местоположение? И, как упоминалось ранее, поиск экзолун продолжается. Следите за новостями об экзопланетах на Space.com, а также ознакомьтесь с нашими крупнейшими открытиями экзопланет в 2021 году для получения дополнительной информации.
Дополнительные ресурсы:
Узнайте больше о газовых гигантах и планетах Юпитера в более подробно (откроется в новой вкладке) с НАСА. Узнайте о том, как сверхкритические флюиды могут помочь нам понять внутреннюю часть газовых планет-гигантов, в этой статье, опубликованной в The Conversation . Исследуйте внешние планеты с помощью этого информационного ресурса с образовательного веб-сайта Lumen Learning (откроется в новой вкладке).
Библиография
«Газовый гигант». НАСА . (2021, 22 марта.) https://exoplanets.nasa.gov/what-is-an-exoplanet/planet-types/gas-giant/ (открывается в новой вкладке)
«Газовый гигант». Словарь научной фантастики . (2020, 16 декабря). https://sfdictionary.com/view/52/gas-giant (открывается в новой вкладке)
«В поисках жизни». НАСА . (2020, 8 декабря). https://exoplanets.nasa.gov/search-for-life/big-questions/ (открывается в новой вкладке)
«Достижения в планетарной науке». Природа . (2016, 4 октября). https://www.nature.com/collections/bphtvvsswf/gasgiants (открывается в новой вкладке)
Трифонов, Трифон и др. «Две планеты Юпитера вокруг гигантской звезды HD 202696: растущее население упакованных пар массивных планет вокруг массивных звезд? (открывается в новой вкладке)» The Astronomical Journal 157.3 (2019): 93.
Джонс, М.И. «Четыре планеты Юпитера вокруг звезд-гигантов с низкой светимостью, наблюдаемые с помощью EXPRESS и PPPS. (открывается в новой вкладке)» Astronomy & Astrophysics 646 (2021): A131.
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Элизабет Хауэлл, доктор философии, является штатным корреспондентом на канале космических полетов с 2022 года. Она была автором для Space.com в течение 10 лет до этого, с 2012 года. она также занимается такими темами, как разнообразие, научная фантастика, астрономия и игры, чтобы помочь другим исследовать вселенную. Репортажи Элизабет с места событий включают в себя два запуска пилотируемых космических кораблей из Казахстана, три миссии шаттлов во Флориде и встроенные репортажи с моделируемой миссии на Марс в Юте. Она имеет докторскую степень. и магистр наук. получил степень бакалавра космических исследований в Университете Северной Дакоты и степень бакалавра журналистики в Карлтонском университете в Канаде. Элизабет также является инструктором по коммуникациям и науке после окончания средней школы с 2015 года. Ее последняя книга «Моменты лидерства от НАСА» написана в соавторстве с астронавтом Дэйвом Уильямсом. Элизабет впервые заинтересовалась космосом после просмотра фильма «Аполлон-13» в 19 лет.96, и все еще хочет когда-нибудь стать космонавтом.
газовых гигантов: планеты Юпитера нашей Солнечной системы и за ее пределами
Четыре газовых гиганта нашей Солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — все вместе известны как планеты Юпитера, что означает «подобные Юпитеру».
(Изображение предоставлено: dottedhippo через Getty Images)
Газовые гиганты — это большие планеты, состоящие в основном из газов, таких как водород и гелий, с относительно небольшим каменным ядром. Газовые гиганты нашей Солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — вместе составляют группу, известную как планеты Юпитера, согласно Университету Колорадо в Боулдере .
Термин «юпитерианец» означает «подобный Юпитеру», и хотя наши исследования Солнечной системы показали, что газовые гиганты, такие как Уран и Нептун, сильно отличаются от Юпитера, описательный термин «юпитерианец» все еще существует. Этот ярлык также используется для описания экзопланет с массой Юпитера, обнаруженных за пределами нашей Солнечной системы, по данным Технологического университета Суинберна (открывается в новой вкладке).
Истории по теме:
Четыре газовых гиганта Солнечной системы находятся на окраинах, за орбитами Марса и поясом астероидов. Но миры совершенно отличны друг от друга. Юпитер и Сатурн значительно крупнее Урана и Нептуна, и каждая пара планет (Юпитер и Сатурн против Урана и Нептуна) имеет несколько иной состав.
Хотя в нашей Солнечной системе всего четыре большие планеты, астрономы открыли тысячи за ее пределами с помощью многочисленных телескопов на Земле и в космосе. Эти экзопланеты (как их называют) изучаются, чтобы узнать больше о том, как возникла наша солнечная система, и сравнить формирование нашей солнечной системы с теми планетными системами, которые могут быть совершенно другими.
Важность газовых гигантов
Похоже, что одно из первых использований слова «газовый гигант» для обозначения большой планеты возникло в 1952 году в научно-фантастическом произведении автора Джеймса Блиша . В то время, когда писал Блиш, за пределами нашей Солнечной системы еще не было обнаружено ни одной планеты, и ни один космический корабль еще не стартовал с Земли.
Это означало, что в его эпоху все, что мы знали о планетах, было получено из телескопических наблюдений, астрономических теорий и наборов данных, только что начавших анализироваться компьютерными моделями, доступными в то время. Пройдут десятилетия, прежде чем появится больше информации.
Первый пролет Юпитера был совершен в 1972 году с помощью Pioneer 10, а первые экзопланеты были обнаружены вокруг пульсара PSR 1257+12 в 1992 году. С тех пор область исследований газовых гигантов быстро диверсифицировалась и расширилась.
«Изучение поведения газовых гигантов приобрело повышенное значение после обнаружения многих газообразных экзопланет», — написал рецензируемый научный журнал Nature в сводке исследований на сегодняшний день в 2016 году .
Художественное изображение зодиакального света на поверхности планеты Кеплер-1229б. (Изображение предоставлено SHAO/Yue Xu)
Элементы исследований, привлекшие внимание ученых в последние годы, включали обсуждение колец газовых гигантов и выяснение источника полярных сияний. Более того, как утверждает Nature, исследования газовых гигантов станут богатой почвой для встреч и обмена знаниями между разными учеными.
«Поскольку многие газообразные планеты, обнаруженные вокруг других звезд, имеют характеристики, значительно отличающиеся от планет в нашей Солнечной системе, наука о планетах-гигантах обладает огромным междисциплинарным потенциалом в качестве места встречи планетарных и экзопланетных сообществ», — отмечает Nature.
Даже с тех пор 2020-е годы были богаты открытиями благодаря растущей интеграции машинного обучения и искусственного интеллекта для получения наборов данных, не говоря уже о количестве новых телескопов, увидевших первый свет. Крупные обсерватории 2020-х годов включают космический телескоп Джеймса Уэбба и Европейский чрезвычайно большой телескоп, которые, как ожидается, внесут свой вклад в изучение экзопланет.
У нас уже есть множество данных об экзопланетах от обсерваторий, таких как спутник для исследования транзитных экзопланет НАСА (TESS), бывший космический телескоп агентства «Кеплер» и высокоточный прибор для поиска планет с радиальной скоростью на 3,6-метровом телескопе Европейской южной обсерватории. в обсерватории Ла Силья в Чили. НАСА сообщает, что к началу 2022 года было обнаружено более 4000 экзопланет , большая часть из которых — газовые гиганты.
Художественное изображение космического корабля TESS и некоторых обнаруженных им экзопланет. (Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech)
Газовые гиганты в нашей солнечной системе
Юпитер — самая большая планета в нашей солнечной системе. Его радиус почти в 11 раз превышает размер Земли, и многие десятки спутников либо подтверждены, либо ожидают подтверждения. Планета в основном состоит из водорода и гелия, окружающих плотное ядро из камней и льда, при этом большая часть ее объема, вероятно, состоит из жидкого металлического водорода, который создает огромное магнитное поле. Юпитер виден невооруженным глазом и был известен древним. Его атмосфера состоит в основном из водорода, гелия, аммиака и метана. Мы также собрали оставшиеся без ответа вопросы о Юпитере, чтобы получить представление о будущих исследованиях, например о том, как он обогатился тяжелыми элементами.
Сатурн примерно в девять раз превышает радиус Земли и характеризуется большими кольцами; как они образовались неизвестно. У него открыто и подтверждено несколько десятков спутников. Как и Юпитер, Сатурн в основном состоит из водорода и гелия, которые окружают плотное ядро, и его также отслеживали древние культуры. Его атмосфера похожа на атмосферу Юпитера. Мы также рассмотрели некоторые оставшиеся без ответа вопросы о Сатурне, например, сколько длится день на планете.
Множество кружащихся облаков в динамичном северном умеренном поясе Юпитера запечатлено на этом снимке, сделанном космическим кораблем НАСА «Юнона». (Изображение предоставлено НАСА)
Уран имеет радиус, примерно в четыре раза превышающий радиус Земли, и является первым газовым гигантом, обнаруженным с помощью телескопа, поскольку Юпитер и Сатурн наблюдались невооруженным глазом с древних времен. Уран — единственная планета, наклоненная на бок, и он также вращается назад относительно всех планет, кроме Венеры, что означает, что огромное столкновение разрушило его давным-давно. У планеты десятки спутников, а ее атмосфера состоит из водорода, гелия и метана. Он был открыт Уильямом Гершелем в 1781 году, и только один космический корабль «Вояджер-2» пролетел мимо него в 1986. Некоторые странные вещи, наблюдаемые на Уране, включают необъяснимые низкие температуры и сложную атмосферу.
Нептун также имеет радиус примерно в четыре раза больше, чем у Земли. Как и у Урана, его атмосфера в основном состоит из водорода, гелия и метана. Она была обнаружена в 1846 году, и мимо нее пролетел единственный космический корабль, которым был Вояджер-2 в 1989 году. У планеты есть более дюжины подтвержденных спутников. Мы также рассмотрели некоторые из самых больших загадок Нептуна, такие как его сверхвысокая скорость ветра. Ученые также надеются организовать миссию для посещения Урана и Нептуна через несколько десятилетий.
Художественное представление TOI-561, одной из старейших планетарных систем с самым низким содержанием металлов, обнаруженных в галактике Млечный Путь. (Изображение предоставлено обсерваторией В. М. Кека/Адам Макаренко)
Газовые гиганты за пределами нашей Солнечной системы
Суперземли: Ученые обнаружили множество «суперземель» (планет размером между Землей и Нептуном) в других солнечных системы. В нашей Солнечной системе нет известных суперземель, хотя некоторые ученые предполагают, что во внешних пределах нашей Солнечной системы может скрываться «Планета девять». Ученые изучают эту категорию планет, чтобы узнать, на что больше похожи суперземли: на маленькие газовые гиганты или на большие планеты земной группы. Также неясно, может ли на этих планетах быть жизнь и сколько воды будет на их поверхности.
Горячие юпитеры: Это планеты размером с Юпитер или больше, вращающиеся очень близко к своим родительским звездам. Как они туда попали, все еще изучается, но две основные теории (просто говоря) говорят, что они либо мигрировали на эту орбиту издалека, либо сформировались по существу на месте. Эти экзопланеты были обнаружены первыми, потому что они настолько массивны и находятся так близко к своим родительским звездам, что вызывают большие «колебания» гравитации звезды, благодаря чему их относительно легко обнаружить с помощью обсерваторий 19-го века.90-е годы, по данным NASA .
Художественное изображение горячего Юпитера. (Изображение предоставлено НАСА, ЕКА и Г. Бэконом (STScI))
Формирование и шансы на жизнь
Астрономы считают, что планеты Юпитера сначала сформировались как скалистые и ледяные планеты, похожие на планеты земной группы. Однако размер ядер позволил этим планетам (особенно Юпитеру и Сатурну) захватить водород и гелий из газового облака, из которого конденсировалось Солнце, до того, как Солнце сформировалось и унесло большую часть газа.
Поскольку Уран и Нептун меньше и имеют большие орбиты, им было труднее собирать водород и гелий так же эффективно, как Юпитеру и Сатурну. Это, вероятно, объясняет, почему они меньше, чем эти две планеты. В процентном отношении их атмосфера более «загрязнена» более сложными химическими соединениями, такими как метан и аммиак, потому что они намного меньше.
Газовые гиганты вряд ли могут быть носителями жизни в том виде, в каком мы ее знаем, поскольку они представляют собой огромные газовые шары без существенной поверхности. Тем не менее, есть возможность найти микробную жизнь на их различных ледяных спутниках, или, возможно, есть другие возможности жизни, которые наука еще не рассматривала. Но по состоянию на 2021 год даже меньшие планеты размером с Землю, которые мы обнаружили, вряд ли будут иметь жизнь, заключило крупное исследование.
Художественное изображение экзолуны, вращающейся вокруг экзопланеты Кеплер 1708 г. р. (Изображение предоставлено Helena Valenzuela Widerström)
Спутники газовых гигантов
Вокруг планет-гигантов в нашей Солнечной системе находятся десятки спутников. Многие из них сформировались в то же время, что и их родительские планеты, что подразумевается, если планеты вращаются в том же направлении, что и спутники вблизи их экватора (например, огромные спутники Юпитера Ио, Европа, Ганимед и Каллисто). Но есть и исключения.
Одна большая луна Нептуна, Тритон, вращается вокруг планеты, противоположной направлению вращения Нептуна, что подразумевает, что Тритон был захвачен, возможно, когда-то более крупной атмосферой Нептуна, когда он проходил мимо. И в Солнечной системе есть много крошечных лун, которые вращаются далеко от экватора своих планет, что означает, что они также были захвачены огромным гравитационным притяжением.
Подмножество лун, называемых ледяными лунами, могут иметь условия для жизни, поскольку мы нашли доказательства наличия энергии и жидкой воды, которые могли бы поддерживать микробы. На 2030-е годы запланирован запуск спутников Europa Clipper НАСА и JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) Европейского космического агентства, чтобы узнать больше о потенциале нескольких спутников для жизни. Есть также надежда совершить посадочную миссию на луну Юпитера (или на какую-нибудь другую ледяную луну в другом месте Солнечной системы) позже в этом столетии, чтобы увидеть поверхность вблизи.
По состоянию на начало 2022 года астрономическое сообщество точно не подтвердило обнаружение экзолуны, спутника, вращающегося вокруг экзопланеты. Но они приближаются. Чтобы обнаружить экзолуну, нам нужно увидеть не только падение яркости, вызванное прохождением планеты перед звездой, но и характерный провал от Луны. Луны относительно крошечные, и нашим нынешним обсерваториям их трудно обнаружить. Но технология телескопов быстро совершенствуется, так что астрономам скоро может повезти.
НАСА выбрало тяжелую ракету SpaceX Falcon Heavy для запуска миссии Europa Clipper к ледяной луне Юпитера. (Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech)
Текущие исследования
С таким количеством активных миссий, которые выполняются или планируются для этих различных миров, не говоря уже об исследованиях с помощью телескопов и компьютерных моделях, наука о газовых гигантах может быстро измениться в вопросе недель или месяцев. Мы укажем здесь общие направления исследований, а также страницы Space.com, где вы можете быть в курсе последних открытий различных газовых гигантов в Солнечной системе и за ее пределами.
Юпитер: Космический корабль НАСА «Юнона» прибыл на планету в 2016 году, дополнив многочисленные другие исследования, проведенные с помощью космических кораблей и космического телескопа «Хаббл». Он изучил кольца планеты, чего трудно достичь иначе, поскольку они намного тоньше, чем у Сатурна. Зонд исследует полярные сияния Юпитера, чтобы узнать об их происхождении и отличиях от других планет, и погружается глубоко в атмосферу, чтобы узнать об облаках в атмосфере планеты. Исследователи также очарованы поведением Большого Красного Пятна, постоянной штормовой системы в Южном полушарии Юпитера, которая, похоже, сжимается. Следите за новостями об исследованиях Юпитера здесь.
Сатурн: В 2017 году космический аппарат «Кассини» завершил более десятка лет наблюдений за Сатурном. Но научная работа «Кассини» все еще продолжается, поскольку ученые анализируют данные, собранные в течение многих лет на Сатурне. Его кольца использовались для исследования гравитации планеты, и ученых очень интересуют различные ледяные луны вокруг планеты, на которых может быть жизнь. Следите за новостями об исследованиях Сатурна здесь.
Уран: Бури Урана часто являются мишенью как для профессиональных телескопов, так и для астрономов-любителей, которые следят за тем, как они развиваются и изменяются с течением времени. Ученые также заинтересованы в изучении структуры его колец и того, из чего состоит его атмосфера. Недавние исследования были сосредоточены на таких аспектах, как погода в его атмосфере и троянские астероиды, окружающие планету. Следите за новостями об исследованиях Урана здесь.
Уран в рентгеновских лучах. (Изображение предоставлено: X-ray: NASA/CXO/University College London/W. Dunn et al. Оптическое: обсерватория W.M. Keck)
(открывается в новой вкладке)
Нептун: Штормы на Нептуне также являются популярной целью для наблюдений , а в 2018 году эти наблюдения снова принесли свои плоды; работа космического телескопа Хаббла показала, что давний шторм теперь уменьшается. Исследователи отметили, что шторм рассеивается не так, как ожидали их модели, что показывает, что наше понимание атмосферы Нептуна все еще требует уточнения.
Экзопланеты: Наш поиск экзопланет на самом деле только начинается, но по мере того, как набор данных становится все больше, НАСА стремится ответить на эти масштабные вопросы: что такое экзопланета? Есть ли жизнь на других планетах? Сколько существует экзопланет? Наконец, где мы можем найти экзопланеты и можем ли мы предсказать их местоположение? И, как упоминалось ранее, поиск экзолун продолжается. Следите за новостями об экзопланетах на Space.com, а также ознакомьтесь с нашими крупнейшими открытиями экзопланет в 2021 году для получения дополнительной информации.
Дополнительные ресурсы:
Узнайте больше о газовых гигантах и планетах Юпитера в более подробно (откроется в новой вкладке) с НАСА. Узнайте о том, как сверхкритические флюиды могут помочь нам понять внутреннюю часть газовых планет-гигантов, в этой статье, опубликованной в The Conversation . Исследуйте внешние планеты с помощью этого информационного ресурса с образовательного веб-сайта Lumen Learning (откроется в новой вкладке).
Библиография
«Газовый гигант». НАСА . (2021, 22 марта.) https://exoplanets.nasa.gov/what-is-an-exoplanet/planet-types/gas-giant/ (открывается в новой вкладке)
«Газовый гигант». Словарь научной фантастики . (2020, 16 декабря). https://sfdictionary.com/view/52/gas-giant (открывается в новой вкладке)
«В поисках жизни». НАСА . (2020, 8 декабря). https://exoplanets.nasa.gov/search-for-life/big-questions/ (открывается в новой вкладке)
«Достижения в планетарной науке». Природа . (2016, 4 октября). https://www.nature.com/collections/bphtvvsswf/gasgiants (открывается в новой вкладке)
Трифонов, Трифон и др. «Две планеты Юпитера вокруг гигантской звезды HD 202696: растущее население упакованных пар массивных планет вокруг массивных звезд? (открывается в новой вкладке)» The Astronomical Journal 157.3 (2019): 93.
Джонс, М.И. «Четыре планеты Юпитера вокруг звезд-гигантов с низкой светимостью, наблюдаемые с помощью EXPRESS и PPPS. (открывается в новой вкладке)» Astronomy & Astrophysics 646 (2021): A131.
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Элизабет Хауэлл, доктор философии, является штатным корреспондентом на канале космических полетов с 2022 года. Она была автором для Space.com в течение 10 лет до этого, с 2012 года. она также занимается такими темами, как разнообразие, научная фантастика, астрономия и игры, чтобы помочь другим исследовать вселенную. Репортажи Элизабет с места событий включают в себя два запуска пилотируемых космических кораблей из Казахстана, три миссии шаттлов во Флориде и встроенные репортажи с моделируемой миссии на Марс в Юте. Она имеет докторскую степень. и магистр наук. получил степень бакалавра космических исследований в Университете Северной Дакоты и степень бакалавра журналистики в Карлтонском университете в Канаде. Элизабет также является инструктором по коммуникациям и науке после окончания средней школы с 2015 года. Ее последняя книга «Моменты лидерства от НАСА» написана в соавторстве с астронавтом Дэйвом Уильямсом. Элизабет впервые заинтересовалась космосом после просмотра фильма «Аполлон-13» в 19 лет.96, и все еще хочет когда-нибудь стать космонавтом.
газовых гигантов: планеты Юпитера нашей Солнечной системы и за ее пределами
Четыре газовых гиганта нашей Солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — все вместе известны как планеты Юпитера, что означает «подобные Юпитеру».
(Изображение предоставлено: dottedhippo через Getty Images)
Газовые гиганты — это большие планеты, состоящие в основном из газов, таких как водород и гелий, с относительно небольшим каменным ядром. Газовые гиганты нашей Солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — вместе составляют группу, известную как планеты Юпитера, согласно Университету Колорадо в Боулдере .
Термин «юпитерианец» означает «подобный Юпитеру», и хотя наши исследования Солнечной системы показали, что газовые гиганты, такие как Уран и Нептун, сильно отличаются от Юпитера, описательный термин «юпитерианец» все еще существует. Этот ярлык также используется для описания экзопланет с массой Юпитера, обнаруженных за пределами нашей Солнечной системы, по данным Технологического университета Суинберна (открывается в новой вкладке).
Истории по теме:
Четыре газовых гиганта Солнечной системы находятся на окраинах, за орбитами Марса и поясом астероидов. Но миры совершенно отличны друг от друга. Юпитер и Сатурн значительно крупнее Урана и Нептуна, и каждая пара планет (Юпитер и Сатурн против Урана и Нептуна) имеет несколько иной состав.
Хотя в нашей Солнечной системе всего четыре большие планеты, астрономы открыли тысячи за ее пределами с помощью многочисленных телескопов на Земле и в космосе. Эти экзопланеты (как их называют) изучаются, чтобы узнать больше о том, как возникла наша солнечная система, и сравнить формирование нашей солнечной системы с теми планетными системами, которые могут быть совершенно другими.
Важность газовых гигантов
Похоже, что одно из первых использований слова «газовый гигант» для обозначения большой планеты возникло в 1952 году в научно-фантастическом произведении автора Джеймса Блиша . В то время, когда писал Блиш, за пределами нашей Солнечной системы еще не было обнаружено ни одной планеты, и ни один космический корабль еще не стартовал с Земли.
Это означало, что в его эпоху все, что мы знали о планетах, было получено из телескопических наблюдений, астрономических теорий и наборов данных, только что начавших анализироваться компьютерными моделями, доступными в то время. Пройдут десятилетия, прежде чем появится больше информации.
Первый пролет Юпитера был совершен в 1972 году с помощью Pioneer 10, а первые экзопланеты были обнаружены вокруг пульсара PSR 1257+12 в 1992 году. С тех пор область исследований газовых гигантов быстро диверсифицировалась и расширилась.
«Изучение поведения газовых гигантов приобрело повышенное значение после обнаружения многих газообразных экзопланет», — написал рецензируемый научный журнал Nature в сводке исследований на сегодняшний день в 2016 году .
Художественное изображение зодиакального света на поверхности планеты Кеплер-1229б. (Изображение предоставлено SHAO/Yue Xu)
Элементы исследований, привлекшие внимание ученых в последние годы, включали обсуждение колец газовых гигантов и выяснение источника полярных сияний. Более того, как утверждает Nature, исследования газовых гигантов станут богатой почвой для встреч и обмена знаниями между разными учеными.
«Поскольку многие газообразные планеты, обнаруженные вокруг других звезд, имеют характеристики, значительно отличающиеся от планет в нашей Солнечной системе, наука о планетах-гигантах обладает огромным междисциплинарным потенциалом в качестве места встречи планетарных и экзопланетных сообществ», — отмечает Nature.
Даже с тех пор 2020-е годы были богаты открытиями благодаря растущей интеграции машинного обучения и искусственного интеллекта для получения наборов данных, не говоря уже о количестве новых телескопов, увидевших первый свет. Крупные обсерватории 2020-х годов включают космический телескоп Джеймса Уэбба и Европейский чрезвычайно большой телескоп, которые, как ожидается, внесут свой вклад в изучение экзопланет.
У нас уже есть множество данных об экзопланетах от обсерваторий, таких как спутник для исследования транзитных экзопланет НАСА (TESS), бывший космический телескоп агентства «Кеплер» и высокоточный прибор для поиска планет с радиальной скоростью на 3,6-метровом телескопе Европейской южной обсерватории. в обсерватории Ла Силья в Чили. НАСА сообщает, что к началу 2022 года было обнаружено более 4000 экзопланет , большая часть из которых — газовые гиганты.
Художественное изображение космического корабля TESS и некоторых обнаруженных им экзопланет. (Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech)
Газовые гиганты в нашей солнечной системе
Юпитер — самая большая планета в нашей солнечной системе. Его радиус почти в 11 раз превышает размер Земли, и многие десятки спутников либо подтверждены, либо ожидают подтверждения. Планета в основном состоит из водорода и гелия, окружающих плотное ядро из камней и льда, при этом большая часть ее объема, вероятно, состоит из жидкого металлического водорода, который создает огромное магнитное поле. Юпитер виден невооруженным глазом и был известен древним. Его атмосфера состоит в основном из водорода, гелия, аммиака и метана. Мы также собрали оставшиеся без ответа вопросы о Юпитере, чтобы получить представление о будущих исследованиях, например о том, как он обогатился тяжелыми элементами.
Сатурн примерно в девять раз превышает радиус Земли и характеризуется большими кольцами; как они образовались неизвестно. У него открыто и подтверждено несколько десятков спутников. Как и Юпитер, Сатурн в основном состоит из водорода и гелия, которые окружают плотное ядро, и его также отслеживали древние культуры. Его атмосфера похожа на атмосферу Юпитера. Мы также рассмотрели некоторые оставшиеся без ответа вопросы о Сатурне, например, сколько длится день на планете.
Множество кружащихся облаков в динамичном северном умеренном поясе Юпитера запечатлено на этом снимке, сделанном космическим кораблем НАСА «Юнона». (Изображение предоставлено НАСА)
Уран имеет радиус, примерно в четыре раза превышающий радиус Земли, и является первым газовым гигантом, обнаруженным с помощью телескопа, поскольку Юпитер и Сатурн наблюдались невооруженным глазом с древних времен. Уран — единственная планета, наклоненная на бок, и он также вращается назад относительно всех планет, кроме Венеры, что означает, что огромное столкновение разрушило его давным-давно. У планеты десятки спутников, а ее атмосфера состоит из водорода, гелия и метана. Он был открыт Уильямом Гершелем в 1781 году, и только один космический корабль «Вояджер-2» пролетел мимо него в 1986. Некоторые странные вещи, наблюдаемые на Уране, включают необъяснимые низкие температуры и сложную атмосферу.
Нептун также имеет радиус примерно в четыре раза больше, чем у Земли. Как и у Урана, его атмосфера в основном состоит из водорода, гелия и метана. Она была обнаружена в 1846 году, и мимо нее пролетел единственный космический корабль, которым был Вояджер-2 в 1989 году. У планеты есть более дюжины подтвержденных спутников. Мы также рассмотрели некоторые из самых больших загадок Нептуна, такие как его сверхвысокая скорость ветра. Ученые также надеются организовать миссию для посещения Урана и Нептуна через несколько десятилетий.
Художественное представление TOI-561, одной из старейших планетарных систем с самым низким содержанием металлов, обнаруженных в галактике Млечный Путь. (Изображение предоставлено обсерваторией В. М. Кека/Адам Макаренко)
Газовые гиганты за пределами нашей Солнечной системы
Суперземли: Ученые обнаружили множество «суперземель» (планет размером между Землей и Нептуном) в других солнечных системы. В нашей Солнечной системе нет известных суперземель, хотя некоторые ученые предполагают, что во внешних пределах нашей Солнечной системы может скрываться «Планета девять». Ученые изучают эту категорию планет, чтобы узнать, на что больше похожи суперземли: на маленькие газовые гиганты или на большие планеты земной группы. Также неясно, может ли на этих планетах быть жизнь и сколько воды будет на их поверхности.
Горячие юпитеры: Это планеты размером с Юпитер или больше, вращающиеся очень близко к своим родительским звездам. Как они туда попали, все еще изучается, но две основные теории (просто говоря) говорят, что они либо мигрировали на эту орбиту издалека, либо сформировались по существу на месте. Эти экзопланеты были обнаружены первыми, потому что они настолько массивны и находятся так близко к своим родительским звездам, что вызывают большие «колебания» гравитации звезды, благодаря чему их относительно легко обнаружить с помощью обсерваторий 19-го века.90-е годы, по данным NASA .
Художественное изображение горячего Юпитера. (Изображение предоставлено НАСА, ЕКА и Г. Бэконом (STScI))
Формирование и шансы на жизнь
Астрономы считают, что планеты Юпитера сначала сформировались как скалистые и ледяные планеты, похожие на планеты земной группы. Однако размер ядер позволил этим планетам (особенно Юпитеру и Сатурну) захватить водород и гелий из газового облака, из которого конденсировалось Солнце, до того, как Солнце сформировалось и унесло большую часть газа.
Поскольку Уран и Нептун меньше и имеют большие орбиты, им было труднее собирать водород и гелий так же эффективно, как Юпитеру и Сатурну. Это, вероятно, объясняет, почему они меньше, чем эти две планеты. В процентном отношении их атмосфера более «загрязнена» более сложными химическими соединениями, такими как метан и аммиак, потому что они намного меньше.
Газовые гиганты вряд ли могут быть носителями жизни в том виде, в каком мы ее знаем, поскольку они представляют собой огромные газовые шары без существенной поверхности. Тем не менее, есть возможность найти микробную жизнь на их различных ледяных спутниках, или, возможно, есть другие возможности жизни, которые наука еще не рассматривала. Но по состоянию на 2021 год даже меньшие планеты размером с Землю, которые мы обнаружили, вряд ли будут иметь жизнь, заключило крупное исследование.
Художественное изображение экзолуны, вращающейся вокруг экзопланеты Кеплер 1708 г. р. (Изображение предоставлено Helena Valenzuela Widerström)
Спутники газовых гигантов
Вокруг планет-гигантов в нашей Солнечной системе находятся десятки спутников. Многие из них сформировались в то же время, что и их родительские планеты, что подразумевается, если планеты вращаются в том же направлении, что и спутники вблизи их экватора (например, огромные спутники Юпитера Ио, Европа, Ганимед и Каллисто). Но есть и исключения.
Одна большая луна Нептуна, Тритон, вращается вокруг планеты, противоположной направлению вращения Нептуна, что подразумевает, что Тритон был захвачен, возможно, когда-то более крупной атмосферой Нептуна, когда он проходил мимо. И в Солнечной системе есть много крошечных лун, которые вращаются далеко от экватора своих планет, что означает, что они также были захвачены огромным гравитационным притяжением.
Подмножество лун, называемых ледяными лунами, могут иметь условия для жизни, поскольку мы нашли доказательства наличия энергии и жидкой воды, которые могли бы поддерживать микробы. На 2030-е годы запланирован запуск спутников Europa Clipper НАСА и JUpiter ICy moons Explorer (JUICE) Европейского космического агентства, чтобы узнать больше о потенциале нескольких спутников для жизни. Есть также надежда совершить посадочную миссию на луну Юпитера (или на какую-нибудь другую ледяную луну в другом месте Солнечной системы) позже в этом столетии, чтобы увидеть поверхность вблизи.
По состоянию на начало 2022 года астрономическое сообщество точно не подтвердило обнаружение экзолуны, спутника, вращающегося вокруг экзопланеты. Но они приближаются. Чтобы обнаружить экзолуну, нам нужно увидеть не только падение яркости, вызванное прохождением планеты перед звездой, но и характерный провал от Луны. Луны относительно крошечные, и нашим нынешним обсерваториям их трудно обнаружить. Но технология телескопов быстро совершенствуется, так что астрономам скоро может повезти.
НАСА выбрало тяжелую ракету SpaceX Falcon Heavy для запуска миссии Europa Clipper к ледяной луне Юпитера. (Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech)
Текущие исследования
С таким количеством активных миссий, которые выполняются или планируются для этих различных миров, не говоря уже об исследованиях с помощью телескопов и компьютерных моделях, наука о газовых гигантах может быстро измениться в вопросе недель или месяцев. Мы укажем здесь общие направления исследований, а также страницы Space.com, где вы можете быть в курсе последних открытий различных газовых гигантов в Солнечной системе и за ее пределами.
Юпитер: Космический корабль НАСА «Юнона» прибыл на планету в 2016 году, дополнив многочисленные другие исследования, проведенные с помощью космических кораблей и космического телескопа «Хаббл». Он изучил кольца планеты, чего трудно достичь иначе, поскольку они намного тоньше, чем у Сатурна. Зонд исследует полярные сияния Юпитера, чтобы узнать об их происхождении и отличиях от других планет, и погружается глубоко в атмосферу, чтобы узнать об облаках в атмосфере планеты. Исследователи также очарованы поведением Большого Красного Пятна, постоянной штормовой системы в Южном полушарии Юпитера, которая, похоже, сжимается. Следите за новостями об исследованиях Юпитера здесь.
Сатурн: В 2017 году космический аппарат «Кассини» завершил более десятка лет наблюдений за Сатурном. Но научная работа «Кассини» все еще продолжается, поскольку ученые анализируют данные, собранные в течение многих лет на Сатурне. Его кольца использовались для исследования гравитации планеты, и ученых очень интересуют различные ледяные луны вокруг планеты, на которых может быть жизнь. Следите за новостями об исследованиях Сатурна здесь.
Уран: Бури Урана часто являются мишенью как для профессиональных телескопов, так и для астрономов-любителей, которые следят за тем, как они развиваются и изменяются с течением времени. Ученые также заинтересованы в изучении структуры его колец и того, из чего состоит его атмосфера. Недавние исследования были сосредоточены на таких аспектах, как погода в его атмосфере и троянские астероиды, окружающие планету. Следите за новостями об исследованиях Урана здесь.
Уран в рентгеновских лучах. (Изображение предоставлено: X-ray: NASA/CXO/University College London/W. Dunn et al. Оптическое: обсерватория W.M. Keck)
(открывается в новой вкладке)
Нептун: Штормы на Нептуне также являются популярной целью для наблюдений , а в 2018 году эти наблюдения снова принесли свои плоды; работа космического телескопа Хаббла показала, что давний шторм теперь уменьшается. Исследователи отметили, что шторм рассеивается не так, как ожидали их модели, что показывает, что наше понимание атмосферы Нептуна все еще требует уточнения.
Экзопланеты: Наш поиск экзопланет на самом деле только начинается, но по мере того, как набор данных становится все больше, НАСА стремится ответить на эти масштабные вопросы: что такое экзопланета? Есть ли жизнь на других планетах? Сколько существует экзопланет? Наконец, где мы можем найти экзопланеты и можем ли мы предсказать их местоположение? И, как упоминалось ранее, поиск экзолун продолжается. Следите за новостями об экзопланетах на Space.com, а также ознакомьтесь с нашими крупнейшими открытиями экзопланет в 2021 году для получения дополнительной информации.
Дополнительные ресурсы:
Узнайте больше о газовых гигантах и планетах Юпитера в более подробно (откроется в новой вкладке) с НАСА. Узнайте о том, как сверхкритические флюиды могут помочь нам понять внутреннюю часть газовых планет-гигантов, в этой статье, опубликованной в The Conversation . Исследуйте внешние планеты с помощью этого информационного ресурса с образовательного веб-сайта Lumen Learning (откроется в новой вкладке).
Библиография
«Газовый гигант». НАСА . (2021, 22 марта.) https://exoplanets.nasa.gov/what-is-an-exoplanet/planet-types/gas-giant/ (открывается в новой вкладке)
«Газовый гигант». Словарь научной фантастики . (2020, 16 декабря). https://sfdictionary.com/view/52/gas-giant (открывается в новой вкладке)
«В поисках жизни». НАСА . (2020, 8 декабря). https://exoplanets.nasa.gov/search-for-life/big-questions/ (открывается в новой вкладке)
«Достижения в планетарной науке». Природа . (2016, 4 октября). https://www.nature.com/collections/bphtvvsswf/gasgiants (открывается в новой вкладке)
Трифонов, Трифон и др. «Две планеты Юпитера вокруг гигантской звезды HD 202696: растущее население упакованных пар массивных планет вокруг массивных звезд? (открывается в новой вкладке)» The Astronomical Journal 157.3 (2019): 93.
Джонс, М.И. «Четыре планеты Юпитера вокруг звезд-гигантов с низкой светимостью, наблюдаемые с помощью EXPRESS и PPPS. (открывается в новой вкладке)» Astronomy & Astrophysics 646 (2021): A131.
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Элизабет Хауэлл, доктор философии, является штатным корреспондентом на канале космических полетов с 2022 года. Она была автором для Space.com в течение 10 лет до этого, с 2012 года. она также занимается такими темами, как разнообразие, научная фантастика, астрономия и игры, чтобы помочь другим исследовать вселенную. Репортажи Элизабет с места событий включают в себя два запуска пилотируемых космических кораблей из Казахстана, три миссии шаттлов во Флориде и встроенные репортажи с моделируемой миссии на Марс в Юте. Она имеет докторскую степень. и магистр наук. получил степень бакалавра космических исследований в Университете Северной Дакоты и степень бакалавра журналистики в Карлтонском университете в Канаде. Элизабет также является инструктором по коммуникациям и науке после окончания средней школы с 2015 года. Ее последняя книга «Моменты лидерства от НАСА» написана в соавторстве с астронавтом Дэйвом Уильямсом. Элизабет впервые заинтересовалась космосом после просмотра фильма «Аполлон-13» в 19 лет.96, и все еще хочет когда-нибудь стать космонавтом.
Steam Worlds: Тайна образования газовых гигантов
Четверг, 9 ноября 2017 г.
Массивные и газообразные Юпитер и Сатурн — планеты, известные большинству людей. Но, возможно, многие люди не знают, что подобные газовые гиганты довольно распространены в других планетных системах. В настоящее время ученые изучают, как формируются эти планеты и почему они так отличаются от каменистых и бедных газом миров, таких как Земля. Эта загадка — одна из сложнейших проблем планетологии.
Механизм аккреции ядра, одна из наиболее широко распространенных теорий образования газовых гигантов, утверждает, что большие планеты могут втягивать газ для формирования атмосферы, в конечном итоге становясь огромными газовыми мирами. В новом исследовании, основанном на этом механизме, астрофизик DTM Джон Чемберс обнаружил, что газовые гиганты на ранних стадиях формирования могли иметь океаны с парящей атмосферой, прежде чем превратиться в богатые газом гиганты, подобные Юпитеру. Исследование доступно в виде раннего онлайн-релиза по адресу The Astrophysical Journal.
Чемберс использовал компьютерные модели для имитации формации. В этих новых вопросах и ответах он рассказывает нам все о своих «виртуальных» мирах, о том, что его исследование говорит о формировании газовых гигантов, и о том, как это может помочь нам лучше понять, как формируются планеты в нашей Солнечной системе и за ее пределами.
Астрофизик Джон Чемберс использует компьютерное моделирование для моделирования формирования планетных систем.
Что показала ваша модель в вашем последнем опубликованном исследовании?
Я обнаружил, что планеты несколько меньше Луны достаточно велики, чтобы захватить тонкую атмосферу. Эта атмосфера становится плотнее и горячее по мере того, как планета становится больше. Как только планета станет похожа на Марс по размеру, она может образовать океан. При больших массах океан планеты закипает, а атмосфера становится плотной смесью пара, водорода и гелия. Когда планета достигает массы, в несколько раз превышающей массу Земли, атмосфера будет быстро расти, быстрее, чем твердая часть планеты, в конечном итоге сформировав газовую планету-гигант, подобную Юпитеру.
Я смоделировал рост твердой планеты в облаке газа, окружающем молодую звезду. Я рассчитал, сможет ли планета захватить атмосферу, из чего эта атмосфера будет состоять, насколько тяжелой будет атмосфера и будет ли на планете океан. Я специально изучал планеты, которые формируются в местах, достаточно холодных для водяного льда. Этот лед вместе с камнем обеспечивает материал для создания твердой планеты.
Эта последовательность событий для растущей планеты должна быть достаточно надежной. Однако точный размер планеты на каждом этапе несколько неясен и зависит от факторов, которые мы продолжаем изучать, таких как смесь льда и горных пород в твердых материалах, образующих планету, и скорость накопления твердой планеты.
Какие планеты формируются в вашей модели при данных обстоятельствах?
Многие молодые звезды окружены сплющенными облаками газа и пыли, называемыми протопланетными дисками, которые, по-видимому, являются исходным материалом для формирования планет. Считается, что все протопланетные диски в основном состоят из газообразного водорода и гелия, поскольку это самые распространенные материалы во Вселенной. Это также самые распространенные материалы на Солнце и его крупнейших планетах, Юпитере и Сатурне. Планеты, которые становятся достаточно массивными, чтобы втягивать огромное количество газа из протопланетного диска, в результате должны состоять в основном из этих газов. Однако меньшие планеты могут иметь другой состав. Если планета не аккрецирует слишком много водорода и газообразного гелия, на ней могут преобладать материалы, которые при низких температурах превратились бы в лед. Эти планеты будут напоминать Уран и Нептун, которые содержат некоторое количество водорода и гелия, но в основном состоят из газов, таких как пар и метан.
Формирование газового гиганта. Планета обретает атмосферу, если имеется газ и если гравитация планеты достаточно сильна, чтобы остановить выход атмосферы. Во-первых, планета очень маленькая, и ее гравитация слишком слаба, чтобы удерживать атмосферу. Гравитация становится сильнее по мере того, как планета становится достаточно большой, чтобы захватывать и удерживать некоторое количество газообразного водорода и гелия, постоянно подметая богатые льдом гальки. Когда эти камешки падают через атмосферу планеты, часть льда испаряется, добавляя водяной пар в атмосферу. Оставшийся в гальке материал падает на поверхность, достаточно холодную для того, чтобы лед оставался твердым. Внешняя атмосфера очень тонкая, тогда как нижняя атмосфера толще. В этом регионе могут быть облака и погода. Поскольку планета продолжает расти, ее атмосфера становится все плотнее и горячее. Падающие гальки теряют большую часть своего льда при падении через атмосферу. В нижних слоях атмосферы весь лед, оставшийся в падающей гальке, тает, и вода падает на поверхность, образуя океан. Когда планета растет и ее атмосфера становится горячее, галька падает сквозь атмосферу, весь их лед испаряется, и только каменистая часть гальки достигает твердой поверхности планеты. Вода может существовать в виде жидкости на промежуточных высотах в атмосфере, а тающий лед образует дождь.
Низкие в атмосфере температуры слишком высоки для существования жидкой воды, и вода превращается в пар, который смешивается с газообразным водородом и гелием. Адаптировано из «Паровые миры: структура атмосферы и критическая масса планет, аккрецирующих ледяную гальку».
Что выводы из вашей статьи могут рассказать нам о нашей собственной Солнечной системе?
Если модель, описанная в моей статье, окажется жизнеспособной, это поможет нам понять, как образовались газовые планеты-гиганты Солнечной системы, а также как и когда образуются планеты-гиганты в других местах. Это также может помочь нам понять формирование планет в более общем плане, поскольку теперь у нас есть довольно хорошая оценка того, какая часть звезд содержит планеты-гиганты, для сравнения с моделями. В конечном счете, это может помочь нам понять, почему многие другие планетные системы кажутся отличными от нашей (с планетами, промежуточными по размеру между Землей и Ураном, вращающимися близко к своей звезде), и как часто могут образовываться планеты, подобные Земле.
Почему ученые строят модели, пытаясь понять, как сформировалась наша Солнечная система?
Выяснить, как формируются планеты, очень сложно. Планеты Солнца сформировались очень давно, и многие свидетельства того, как это произошло, утеряны. Сегодня формируются и другие планетные системы, но они очень далеко, и их трудно разглядеть в деталях. Модели могут помочь заполнить некоторые из этих пробелов, используя то, что мы знаем о физических и химических процессах, и наблюдая, какая последовательность событий может привести к тому типу планет, которые мы видим.
Многих интересует, откуда мы пришли, как возникла жизнь, где может существовать жизнь и где еще мы можем ее найти. Один из шагов к ответу на эти важные вопросы — понять, как планеты формируются и приобретают свои характеристики. Мы живем на планете, и, насколько мы можем судить, планеты — это хорошие места для поиска жизни в другом месте. Но некоторые планеты более гостеприимны, чем другие, с точки зрения таких особенностей, как климат, атмосфера или наличие океанов. Знание того, как формируются планеты, может помочь нам понять, почему они такие разные и что делает их пригодными для жизни.
Насколько надежны эти модели?
Формирование планет оказывается очень сложным процессом, и, к сожалению, есть еще некоторые фундаментальные вопросы, которых мы не понимаем. Например, лабораторные эксперименты показывают, как крошечные пылинки могут слипаться, образуя объекты размером с гальку. Но то, как эти камешки слипаются друг с другом, образуя гораздо более крупные тела, размером с астероид, все еще изучается. Также оказывается, что в некоторых случаях орбиты молодых планет могут резко меняться, но мы до сих пор не знаем, как часто и насколько сильно меняются орбиты. Учитывая эти неопределенности, нам следует опасаться делать слишком много выводов из моделей формирования планет.
Почему моделирование существования и характеристик газовых гигантов является сложной задачей?
Есть несколько проблем, но, вероятно, самая большая из них — это моделирование того, как твердая планета становится достаточно большой, чтобы захватить газ. Мы думаем, что планеты сначала формируются как твердые объекты, состоящие из твердых материалов, таких как камень, металл и лед. Если планета становится достаточно большой, она может захватывать атмосферу из окружающего газового облака, в котором формируются планеты. Для планет размером с Марс или Землю эта атмосфера относительно тонкая и составляет небольшую часть общей массы планеты. У более крупных планет может быть более плотная атмосфера, и при достижении определенной массы планета будет втягивать все больше и больше газа, пока что-то не перекроет подачу. Примерами таких планет являются газовые гиганты, такие как Юпитер и Сатурн. Однако облака газа, окружающие молодые звезды, существуют недолго — обычно всего несколько миллионов лет. Проблема состоит в том, чтобы сформировать твердую планету, которая была бы достаточно большой, чтобы поглощать много газа, пока он еще доступен. Это означает, что твердая планета, которая является семенем для газового гиганта, должна расти очень быстро.
На сегодняшний день моделям было трудно объяснить этот очень быстрый рост.
На этом снимке, сделанном космическим кораблем «Юнона» 24 октября 2017 г., показана ненастная погода в южном полушарии Юпитера. Авторы и права: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS
С какими трудностями сталкивается модель аккреции ядра, пытаясь объяснить образование газового гиганта?
Основная проблема заключается в том, что твердая планета должна вырасти значительно больше Земли, чтобы втянуть в себя большое количество газа и стать планетой газового гиганта. Формирование газовых гигантов должно происходить в течение времени жизни газового протопланетного диска, окружающего молодую звезду, в которой формируется планета. Астрономы обследовали близлежащие молодые звезды, чтобы увидеть, у каких из них есть эти газовые облака, и ответ заключается в том, что они есть только у звезд моложе нескольких миллионов лет. Старые звезды потеряли свои протопланетные диски. Таким образом, твердые планеты должны увеличиваться в размерах и быстро, если они хотят стать газовыми гигантами. По крайней мере, в Солнечной системе планеты-гиганты вращаются довольно далеко от Солнца. Планетарный рост здесь должен был быть медленным, потому что орбитальные скорости малы, а строительные блоки планет находились бы далеко друг от друга, поэтому столкновения, приводящие к росту, были бы относительно редки.
Как размер, состав и характеристики материала протопланетного диска влияют на формирование твердого ядра и газообразных компонентов маленького газового гиганта?
Традиционно исследователи предполагали, что основными строительными блоками планет являются объекты размером с астероид, называемые планетезималями. Как образовались эти объекты, до сих пор неизвестно, но они почти наверняка существовали. Солнечная система содержит огромное количество астероидов и комет. Это очень разнообразные объекты, сформировавшиеся в начале истории Солнечной системы, и мы можем думать о них как об оставшихся планетезималях, которые не были сметены ни одной из планет. К сожалению, компьютерное моделирование показывает, что создание планет из планетезималей — медленный процесс, и трудно объяснить, как в этом случае может работать сценарий аккреции ядра.
Недавно исследователи обнаружили, что планеты росли бы быстрее, если бы основными строительными блоками были объекты размером с гальку. В то время как газовый протопланетный диск звезды все еще присутствовал, любой камешек, который проходил близко к планете, замедлялся бы из-за сопротивления, когда он двигался через газ. Во многих случаях это позволило бы гравитации планеты захватить гальку и вырасти. Если бы было много гальки, твердые планеты быстро росли бы, позволяя формироваться планетам-гигантам из газа. Интересно, что недавние наблюдения за молодыми звездами показывают, что обычно вокруг них вращается огромное количество частиц размером с гальку, что подтверждает идею о том, что галька играла важную роль в формировании планет.
Что выводы из вашей статьи могут означать для будущих исследований, а также для астрономии и астрофизики DTM?
Эта работа должна помочь уточнить модель аккреции ядра для образования гигантских планет и улучшить наше понимание роли гальки в планетарном росте. Если галька важна, то исследователям придется уделять больше внимания природе и составу планетарных атмосфер по мере роста планет.
Кроме того, понимание того, как растут отдельные планеты, облегчит изучение формирования целых планетарных систем. Большое количество исследований (включая мое собственное) в настоящее время сосредоточено на моделировании возможного разнообразия планетных систем и сравнении этих моделей с тысячами внесолнечных планетных систем, о которых мы сейчас знаем.
Что такое газовые гиганты? — Universe Today
Между планетами внутренней и внешней Солнечной системы есть некоторые разительные различия. Планеты, находящиеся ближе к Солнцу, имеют земную (т.е. каменистую) природу, а это означает, что они состоят из силикатных минералов и металлов. Однако за пределами пояса астероидов планеты преимущественно состоят из газов и намного крупнее своих земных собратьев.
Вот почему астрономы используют термин «газовые гиганты», когда говорят о планетах внешней части Солнечной системы. Чем больше мы узнаем об этих четырех планетах, тем больше мы понимаем, что нет двух абсолютно одинаковых газовых гигантов. Кроме того, продолжающиеся исследования планет за пределами нашей Солнечной системы (также известных как «внесолнечные планеты») 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. Первоначально это название было придумано в 1952 году Джеймсом Блишем, писателем-фантастом, который использовал этот термин для обозначения всех планет-гигантов. По правде говоря, этот термин является несколько неправильным, поскольку эти элементы в основном принимают жидкую и твердую форму внутри газового гиганта в результате условий экстремального давления, существующих внутри.
Четыре газовых гиганта Солнечной системы (справа налево): Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения
Более того, считается, что газовые гиганты имеют большие концентрации металла и силикатного материала в своих ядрах. Тем не менее, этот термин остается популярным на протяжении десятилетий и относится ко всем планетам — будь то солнечные или внесолнечные по своей природе — которые состоят в основном из газов. Это также согласуется с практикой планетологов, которые используют условное обозначение — то есть «камень», «газ» и «лед» — для классификации планет на основе наиболее распространенного в них элемента.
Отсюда разница между Юпитером и Сатурном с одной и, и Ураном и Нептуном с другой. Из-за высокой концентрации летучих веществ (таких как вода, метан и аммиак) в последних двух, которые планетологи классифицируют как «льды», эти две планеты-гиганты часто называют «ледяными гигантами». Но поскольку они состоят в основном из водорода и гелия, их по-прежнему считают газовыми гигантами наряду с Юпитером и Сатурном.
Классификация:
Сегодня газовые гиганты делятся на пять классов на основе схемы классификации, предложенной Дэвидом Сударки (и др. ) в исследовании 2000 года. Под названием «Спектры альбедо и отражения внесолнечных гигантских планет» Сударский и его коллеги определили пять различных типов газовых гигантов на основе их внешнего вида и альбедо, а также того, как на это влияет их соответствующее расстояние от их звезды.
Класс I: Облака аммиака — к этому классу относятся газовые гиганты, в которых преобладают облака аммиака, и которые находятся во внешних регионах планетарной системы. Другими словами, это применимо только к планетам, которые находятся за «линией льда» — расстоянием в солнечной туманности от центральной протозвезды, где летучие соединения — то есть вода, аммиак, метан, двуокись углерода, окись углерода — конденсируются в твердые ледяные зерна. .
На этих вырезах показаны внутренние модели планет-гигантов. Юпитер показан с каменистым ядром, покрытым глубоким слоем металлического водорода. Предоставлено: NASA/JPL
Класс II: Водяные облака — это относится к планетам, средняя температура которых обычно ниже 250 K (-23 °C; -9 °F), и поэтому они слишком теплые для образования аммиачных облаков. Вместо этого у этих газовых гигантов есть облака, которые образуются из конденсированного водяного пара. Поскольку вода обладает большей отражательной способностью, чем аммиак, газовые гиганты класса II имеют более высокое альбедо.
Класс III: безоблачный — этот класс относится к газовым гигантам, которые обычно более теплые — от 350 К (80 ° C; 170 ° F) до 800 К (530 ° C; 980 ° F) — и не образуют облачного покрова. потому что им не хватает необходимых химических веществ. У этих планет низкое альбедо, поскольку они не отражают столько света в космос. Эти тела также будут выглядеть как прозрачные голубые шары из-за того, как метан в их атмосфере поглощает свет (как Уран и Нептун).
Класс IV: Щелочные металлы – г. температура планет этого класса превышает 900 К (627 ° C; 1160 ° F), после чего угарный газ становится доминирующей молекулой, несущей углерод в их атмосферах (а не метан). Обилие щелочных металлов также существенно увеличивается, и в глубине их атмосфер образуются облака силикатов и металлов. Планеты, принадлежащие к классам IV и V, называются «горячими юпитерами».
Класс V: Силикатные облака — относится к самым горячим газовым гигантам с температурой выше 1400 К (1100 °C; 2100 °F) или к более холодным планетам с меньшей гравитацией, чем у Юпитера. Считается, что для этих газовых гигантов силикатные и железные облачные покровы находятся высоко в атмосфере. В первом случае такие газовые гиганты, скорее всего, будут светиться красным от теплового излучения и отраженного света.
Представление художника об экзопланете «горячий Юпитер», газовом гиганте, вращающемся очень близко к своей звезде. Авторы и права: NASA/JPL-Caltech)
Экзопланеты:
Изучение экзопланет также выявило множество других типов газовых гигантов, которые более массивны, чем их солнечные аналоги (также известные как суперюпитеры), а также многие сопоставимые по размеру. Другие открытия были в несколько раз меньше, чем их солнечные аналоги, а некоторые были настолько массивными, что просто стеснялись стать звездой. Однако, учитывая их расстояние от Земли, их спектры и альбедо не всегда можно точно измерить.
Таким образом, охотники за экзопланетами склонны определять внесолнечные газовые гиганты на основе их видимых размеров и расстояний от их звезд. В случае первых их часто называют «суперюпитерами», размером с Юпитер и размером с Нептун. На сегодняшний день на эти типы экзопланет приходится большинство открытий, сделанных Кеплером и другими миссиями, поскольку их большие размеры и большие расстояния от их звезд делают их наиболее легкими для обнаружения.
Охотники за экзопланетами делят внесолнечные газовые гиганты на две категории в зависимости от расстояния до них: «холодные газовые гиганты» и «горячие юпитеры». Как правило, холодные газовые гиганты, богатые водородом, более массивны, чем Юпитер, но меньше примерно в 1,6 массы Юпитера, и будут лишь немного больше по объему, чем Юпитер. Для масс выше этой гравитация заставит планеты сжиматься.
Исследования экзопланет также выявили класс планет, известный как «газовые карлики», что относится к водородным планетам, которые не так велики, как газовые гиганты Солнечной системы. Было замечено, что эти звезды вращаются близко к своим звездам, в результате чего они теряют атмосферную массу быстрее, чем планеты, которые вращаются на больших расстояниях.
Для газовых гигантов, занимающих диапазон масс от 13 до 75-80 масс Юпитера, используется термин «коричневый карлик». Это обозначение зарезервировано для крупнейших планетарных/субзвездных объектов; другими словами, объекты невероятно большие, но недостаточно массивные, чтобы в их ядре произошел ядерный синтез и они стали звездой. Ниже этого диапазона находятся субкоричневые карлики, а все, что выше, известно как самый легкий красный карлик (M9В) звезды.
Художественная концепция коричневого карлика Т-типа. Предоставлено: Tyrogthekreeper/Wikimedia Commons
Как и все астрономические явления в природе, газовые гиганты разнообразны, сложны и невероятно увлекательны. Между миссиями, направленными на непосредственное изучение газовых гигантов Солнечной системы, и все более изощренными исследованиями далеких планет наши знания об этих загадочных объектах продолжают расти. Вместе с этим меняется и наше понимание того, как формируются и развиваются звездные системы.
Мы написали много интересных статей о газовых гигантах здесь, на Universe Today. Вот планета Юпитер, планета Сатурн, планета Уран, планета Нептун, что такое планеты Юпитера?, что такое внешние планеты Солнечной системы?, что внутри газового гиганта? и какие планеты имеют кольца?
Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с исследованием Солнечной системы НАСА.
В Astronomy Cast также есть несколько отличных эпизодов на эту тему. Вот Эпизод 56: Юпитер, чтобы вы начали!
Источники:
- НАСА – Исследование Солнечной системы: Планеты
- НАСА – Интерьеры газового гиганта
- Космические факты — газовые гиганты
- Википедия – газовые гиганты
- Планеты – газовые гиганты
Нравится:
Нравится Загрузка…
Некоторые потенциально обитаемые планеты начинались как газообразные, подобные Нептуну миры
Пресс-релизы | Исследования | Наука | UW и сообщество
28 января 2015 г.
Сильное излучение от родительской звезды может привести к тому, что планеты, известные как мини-Нептуны в обитаемой зоне, сбросят свои газовые оболочки и станут потенциально обитаемыми мирами. Родриго Люгер / изображения НАСА
Известно, что два явления препятствуют Астрономы Вашингтонского университета обнаружили, что потенциальная обитаемость планет — приливные силы и активная звездная активность — могут вместо этого увеличить шансы на существование жизни на определенных планетах, вращающихся вокруг звезд с малой массой.
В статье, опубликованной в этом месяце в журнале Astrobiology, докторант UW Родриго Люгер и соавтор Рори Барнс, доцент-исследователь, говорят, что две силы могут объединиться, чтобы преобразовать непригодные для жизни «мини-Нептуны» — большие планеты на внешних орбитах с твердые ядра и плотные водородные атмосферы — в более близкие, свободные от газа потенциально обитаемые миры.
Большинство звезд в нашей галактике — звезды с малой массой, также называемые М-карликами. Меньшие по размеру и более тусклые, чем Солнце, с близкими обитаемыми зонами, они являются хорошими целями для поиска и изучения потенциально обитаемых планет. Астрономы ожидают найти множество планет, похожих на Землю, и «суперземельных» планет в обитаемых зонах этих звезд в ближайшие годы, поэтому важно знать, действительно ли они могут поддерживать жизнь.
Суперземли — это планеты большей массы, чем наша собственная, но меньшие, чем газовые гиганты, такие как Нептун и Уран. Пригодная для жизни зона — это полоса пространства вокруг звезды, которая может позволить жидкой воде находиться на поверхности каменистой планеты, вращающейся по орбите, что, возможно, даст шанс жизни.
«Есть много процессов, которыми можно пренебречь на Земле, но которые могут повлиять на обитаемость М карликовых планет», — сказал Люгер. «Два важных из них — сильные приливные эффекты и активная звездная активность».
Приливная сила — это гравитационное притяжение звезды к планете, находящейся на орбите, и она сильнее на ближней стороне планеты, обращенной к родительской звезде, чем на дальней стороне, поскольку гравитация ослабевает с расстоянием. Это притяжение может растянуть мир в эллипсоидальную или яйцевидную форму, а также, возможно, заставить его мигрировать ближе к своей звезде.
«Вот почему на Земле существуют океанские приливы, поскольку приливные силы как Луны, так и Солнца могут тянуть океаны, создавая выпуклость, которую мы воспринимаем как прилив», — сказал Люгер. «К счастью, на Земле действительно искажается только вода в океанах, и то лишь на несколько футов. Но близкие планеты, например, находящиеся в обитаемых зонах карликов М, испытывают гораздо более сильные приливные силы».
Это растяжение вызывает трение внутри планеты, которое выделяет огромное количество энергии. Это может привести к поверхностному вулканизму, а в некоторых случаях даже нагреть планету до безудержного парникового состояния, выкипятив ее океаны и все шансы на обитаемость.
Интенсивная звездная активность также может уничтожить все шансы на существование жизни на планетах, вращающихся вокруг звезд с малой массой. М-карлики очень яркие в молодом возрасте и излучают много высокоэнергетического рентгеновского и ультрафиолетового излучения, которые могут нагревать верхние слои атмосферы планеты, порождая сильные ветры, которые могут полностью разрушить атмосферу. В недавней статье Люгер и Барнс показали, что вся поверхностная вода планеты может быть потеряна из-за такой звездной активности в течение первых нескольких сотен миллионов лет после ее образования.
— Но все не так уж мрачно, как может показаться, — сказал Люгер. Используя компьютерные модели, соавторы обнаружили, что приливные силы и атмосферные выбросы могут иногда превращать планеты, которые начинались как мини-Нептуны, в безгазовые, потенциально обитаемые миры.
Как происходит это преобразование?
Мини-Нептуны обычно формируются далеко от своей звезды-хозяина, при этом молекулы льда соединяются с водородом и гелием в большом количестве, образуя ледяные/каменистые ядра, окруженные массивной газовой атмосферой.
«Изначально это ледяные негостеприимные миры, — сказал Люгер. «Но планеты не всегда должны оставаться на месте. Наряду с другими процессами приливные силы могут вызывать внутреннюю миграцию планет». Этот процесс может привести к тому, что мини-Нептуны попадут в обитаемую зону звезды-хозяина, где они будут подвергаться гораздо более высокому уровню рентгеновского и ультрафиолетового излучения.
Это, в свою очередь, может привести к быстрой потере атмосферных газов в космосе, иногда оставляя после себя безводородный, каменистый мир, прилипший к обитаемой зоне. Соавторы называют такие планеты «обитаемыми испаренными ядрами».
«На такой планете, вероятно, имеется много поверхностной воды, поскольку ее ядро богато водяным льдом», — сказал Люгер. «Оказавшись в обитаемой зоне, этот лед может растаять и образовать океаны», что, возможно, приведет к возникновению жизни.
Барнс и Люгер отмечают, что для того, чтобы такие планеты были обитаемы, должны быть соблюдены многие другие условия. Одним из них является создание атмосферы для создания и повторного использования питательных веществ во всем мире.
Другой простой тайминг. Если потеря водорода и гелия будет происходить слишком медленно во время формирования планеты, будет преобладать газовая оболочка, и каменистый земной мир может не сформироваться. Если мир потеряет водород слишком быстро, это может привести к безудержному парниковому режиму, когда вся вода уйдет в космос.
«Суть в том, что этот процесс — превращение мини-Нептуна в земной мир — может быть путем к формированию обитаемых миров вокруг M карликовых звезд», — сказал Люгер.
Будут ли они действительно обитаемы? По словам Люгера, это предстоит изучить будущим исследованиям.
«В любом случае, эти испарившиеся ядра, вероятно, скрываются в обитаемых зонах этих звезд, и многие из них могут быть обнаружены в ближайшие годы».
Люгер является ведущим автором статьи, а Барнс и Виктория Медоуз — его соавторами. Другими соавторами являются Э.