Что такое газовый гигант. Газовые гиганты Солнечной системы: любопытные факты

В нашей Солнечной системе есть два типа планет. Это планеты земной группы и газовые гиганты.

Планеты первого типа (Меркурий, Венера, Земля и Марс) это внутренние планеты и расположены ближе к Солнцу. Они почти полностью состоят из твёрдых каменистых пород и могут обладать небольшим соотношением к их массе содержанием газов и атмосферы, обладают небольшими в сравнении с газовыми планетами массой и размерами.

Газовые планеты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) состоят преимущественно из газов и обладают намного большей массой и размером. Трудно сказать где именно заканчивается атмосфера и начинается сама планета. Предполагается, что внутри каждого гиганта находиться твёрдое каменисто - металлическое ядро.

Каждая планета обладает рядом удивительных и в то же время уникальных особенностей, с которыми предлагаю Вам ознакомится прямо сейчас. Итак - поехали!

Юпитер: сила тяжести и легкие газы.

Сегодня не существует технических возможностей исследовать строение Юпитера: слишком уж велика эта планета, слишком сильна ее гравитация, слишком плотна и неспокойна атмосфера. Впрочем, где здесь кончается атмосфера и начинается сама планета, сказать трудно: этот газовый гигант, по сути, не имеет никаких четких внутренних границ.

По существующим теориям, в центре Юпитера имеется твердое ядро по массе в 10-15 раз больше и в полтора раза крупнее ее по размерам. Впрочем, на фоне планеты-великана (масса Юпитера больше массы всех остальных планет Солнечной системы вместе взятых) эта величина совсем незначительна. Вообще же состоит на 90% из обычного водорода, а на оставшиеся 10% − из гелия, с некоторым количеством простых углеводородов, азота, серы, кислорода. Но не стоит думать, что из-за этого структура газового гиганта «проста».

При колоссальном давлении и температуре водород (а по некоторым данным, и гелий) здесь должен существовать, в основном, в необычной металлической форме − этот слой, возможно, тянется на глубину в 40-50 тыс. км. Здесь электрон отрывается от протона и начинает вести себя свободно, как в металлах. Такой жидкий металлический водород, естественно, является отличным проводником и создает на планете исключительно мощное магнитное поле.

Сатурн: саморазогревающаяся система.

Несмотря на все внешние различия, отсутствие знаменитого Красного пятна и наличие еще более знаменитых колец, Сатурн очень похож на соседний Юпитер. Он состоит из водорода на 75%, и на 25% из гелия, со следовым количеством воды, метана, аммиака и твердых веществ, в основном сосредоточенных в горячем ядре. Как и на Юпитере, здесь имеется толстый слой металлического водорода, создающий мощное магнитное поле.

Пожалуй, главным отличием двух газовых гигантов являются теплые недра Сатурна: процессы в глубине поставляют планете уже больше энергии, чем солнечное излучение − он излучает в 2,5 раза больше энергии сам, чем получает от .

Этих процессов, видимо, два (отметим, что и на Юпитере они также работают, просто на Сатурне имеют большее значение) − радиоактивный распад и механизм Кельвина − Гельмгольца. Работу этого механизма можно представить довольно легко: планета охлаждается, давление в ней падает, и она немного сжимается, а сжатие создает дополнительное тепло. Впрочем, нельзя исключать и наличие других эффектов, создающих энергию в недрах Сатурна.

Уран: лед и камень.

А вот на Уране внутреннего тепла явно недостаточно, причем настолько, что это до сих пор требует специального объяснения и озадачивает ученых. Даже Нептун, на Уран очень похожий, излучает тепло в разы больше, Уран же мало того, что получает от Солнца совсем немного, так и отдает порядка 1% этой энергии. Это самая холодная планета , температура здесь может падать до 50 Кельвин (-223 по Цельсию).

Считается, что основная масса Урана приходится на смесь льдов − водного, метанового и аммиачного. Вдесятеро меньше по массе здесь водорода с гелием, и еще меньше твердых пород, скорее всего, сосредоточенных в сравнительно небольшом каменном ядре. Основная доля приходится на ледяную мантию. Правда, этот лед − не совсем та субстанция, к которой мы привыкли, он текуч и плотен.

Это означает, что у ледяного гиганта тоже нет никакой твердой поверхности: газообразная, состоящая из водорода и гелия атмосфера без явной границы переходит в жидкие верхние слои самой планеты.

Нептун: алмазные дожди.

Как и у Урана, атмосфера особенно заметна, она составляет 10-20% всей массы планеты и простирается на 10-20% расстояния до ядра в ее центре. Состоит она из водорода, гелия и метана, который придает планете голубоватый цвет. Опускаясь сквозь нее вглубь, мы заметим, как атмосфера постепенно уплотняется, медленно переходя в жидкую и горячую электропроводящую мантию.

Мантия Нептуна в десяток раз тяжелее всей нашей Земли и богата аммиаком, водой, метаном. Она действительно горяча − температура может достигать тысяч градусов − но традиционно вещество это называют ледяным, а Нептун, как и Уран, относят к ледяным гигантам.

Существует гипотеза, согласно которой ближе к ядру давление и температура достигают такой величины, что метан «рассыпается» и «спрессовывается» в кристаллы алмазов, которые на глубине ниже 7000 км образуют океан «алмазной жидкости», который проливается «дождями» на ядро планеты. Железно-никелевое ядро Нептуна богато силикатами и лишь немногим больше земного, хотя давление в центральных областях гиганта намного выше.

Юпитер является самым интересным объектом Солнечной системы. Этот гигантский газовый шар в тысячу раз больше Земли по объёму и примерно в триста раз по массе. Скорее всего, он не имеет твёрдой поверхности. Являясь самым массивным телом в нашей системе после Солнца, Юпитер оказывает на другие планеты и астероиды наибольшее воздействие.

Являясь самым ярким объектом на ночном небе после Луны и Венеры, Юпитер с древних времён привлекал к себе внимание людей. Во многих культурах Юпитер становился объектом религиозного поклонения. У древних арабов и евреев до появления монотеистического мировоззрения Юпитер ассоциировался с божеством удачи – Гадди. Китайский и индуистский пантеоны также имеют божеств, связанных с Юпитером. Собственно, само название «Юпитер» означает верховное божество древнеримской мифологии. Согласно представлениям астрологов, Юпитер является «королём планет» и символизирует мощь и удачу.

Но, оставим мистику и рассмотрим Юпитер с точки зрения науки. Необходимо сказать, что мало какое небесное тело вызывало столько энтузиазма у исследователей и открывало такое большое количество ранее неизвестных и значительных явлений, как Юпитер.

Собственно, Юпитер был первой планетой, у которой были обнаружены спутники. Первые спутники планет (кроме Луны, разумеется) были обнаружены Галилеем в начале XVII века; они так и называются «галилеевы спутники Юпитера». В дальнейшем эти спутники озадачивали исследователей не меньше, чем сам Юпитер. Всего же у Юпитера почти 70 спутников – абсолютный рекорд в Солнечной системе; 14 из них были открыты при помощи наблюдений с Земли, остальные – благодаря использованию космических аппаратов.

Несмотря на свои огромные размеры, Юпитер очень быстро вращается. За неполных 10 часов он совершает полный оборот вокруг своей оси. Такая огромная скорость вращения создаёт в атмосфере Юпитера колоссальные ветры и штормы. В ней бушуют ураганы, сверкают молнии, и, возможно, идут дожди из сконцентрированного газа, из которого и состоит атмосфера. Масштаб штормов Юпитера таков, что размеры вихрей и циклонов превосходят в диаметре размеры Земли, а их время существования измеряется не неделями, как у нас, а годами и десятилетиями.

Погодные явления в атмосфере Юпитера настолько грандиозны, что имеют имена собственные. Более трёхсот лет в южном полушарии Юпитера наблюдается гигантский ураган – так называемое Большое красное пятно. Его размеры в несколько раз превышают размеры Земли. Помимо этого урагана существуют несколько других, с меньшими размерами. Один из них называется Малое красное пятно, другой – Белый овал. Во всех этих ураганах происходят разряды молний, по мощности в десятки тысяч раз превышающих земные.

Юпитер – единственная планета Солнечной системы, которая сама излучает больше энергии, чем получает от Солнца. Чудовищная сила гравитационного сжатия выделяет гигантское количество тепла, а высокая скорость вращения, приводящая к наэлектризованности атмосферы, создаёт вокруг Юпитера мощную магнитосферу и радиационные пояса. Абсолютно все космические аппараты, посылаемые к Юпитеру, получили гигантские дозы радиации, в десятки раз превышающие смертельные дозы для человека.

Среди учёных существует мнение, что будь Юпитер в несколько десятков раз массивнее, он бы стал звездой. Во Вселенной наблюдается множество коричневых карликов, состав которых повторяет состав Юпитера. Вполне возможно, что распределись концентрация газопылевого облака, из которого сформировалась Солнечная система, немного иначе, мы бы имели не одно, а два Солнца на нашем небосклоне. Естественно, в этом случае эволюция Земли и жизни на ней могли бы пойти по совсем другому пути.

Огромная масса Юпитера делает его главной причиной появления комет на нашем небосклоне. Гравитационное воздействие Юпитера «вырывает» кометы из области их постоянного обитания – так называемого «Облака Оорта»; кометы устремляются к Солнцу, и отнюдь не все возвращаются обратно в Облако. Некоторые кометы притягиваются Солнцем и падают на него, однако, большинство из них заканчивает свой путь в атмосфере Юпитера.

Подобный сценарий ещё 30 лет назад казался невероятным, однако, наблюдение в 1994 году гибели кометы Шумейкера-Леви в атмосфере Юпитера стало первым доказательством этой теории. В дальнейшем, за примерно 20 лет было зафиксировано около пяти случаев гибели планет в атмосфере Юпитера. Таким образом, число уничтоженных Юпитером комет за всё время его существования превышает несколько миллионов! И кто знает, возможно, появление на Земле воды, и, соответственно, жизни, было вызвано падением на неё гигантской кометы, вырванной Юпитером из её «сна» в Облаке Оорта. Как тут не удивиться прозорливости древних, давших Юпитеру имя верховного божества…

Каждый из четырёх галилеевых спутников Юпитера представляют собой уникальное явление, более нигде в нашей системе не повторяющееся. На поверхности спутника Ио имеется множество активных вулканов, извержения которых не раз наблюдалось с космических аппаратов, исследовавших окрестности Юпитера. Европа полностью покрыта тонким слоем льда, под которым располагается гигантский океан, глубиной около сотни километров. Ганимед является самым большим спутником в Солнечной система вообще. А Каллисто обладает сильным магнитным полем, настолько сильным, что оно искажает магнитное поле Юпитера в его окрестностях. Учёные всерьёз рассматривают возможность примитивной жизни в океанах, находящихся на Европе и Каллисто. Все галилеевы спутники всегда обращены к Юпитеру одной и той же стороной, как Луна обращена к Земле.

Юпитер всегда привлекал к себе внимание жителей Земли. Практически все исследования Солнечной системы дальше Марса обязательно включали пролёт космических аппаратов вблизи Юпитера: начиная от аппаратов серии «Пионер» и заканчивая новейшими станциями программы «Новые рубежи». Каждая серия исследований открывает всё новые и новые границы познания, и кто знает, что будет открыто в ближайшее время…

> Газовые гиганты

Газовые гиганты – большие планеты из водорода и гелия. Читайте определение, классификацию, формирование в Солнечной системе и за ее пределами, исследования.

Планеты в нашей Солнечной системе делят на внутренние и внешние. Те, что расположены ближе к звезде, именуют земным типом. Они наполнены силикатными минералами и металлом. Но за чертой астероидного пояса проживают их оппоненты – газовые гиганты.

Всего их четверо, и они также обладают своими отличиями и разделом. С запуском зондов нам удалось изучить их получше и узнать много интересной информации.

Определение газовых гигантов

Газовым гигантом называют планету, представленную водородом и гелием. Впервые наименование использовал Джеймс Блиш в 1952 году. Он был писателем-фантастом и этот термин не совсем соответствует реальности, потому что элементы трансформируются в жидкое или твердое состояние.

У газовых гигантов наблюдается меньшая концентрация металла и силикатов в ядрах. Но этот термин прочно закрепился и сейчас используется как официальный. Параллельно появилось название «ледяные гиганты» для Урана и Нептуна, которые обладают большим количеством летучих веществ.

Классификация газовых гигантов

Существует 5 разновидностей, базирующихся на схеме Дэвида Сударки.

• I – аммиачные облака. Сюда входят планеты, расположенные во внешней области системы (за пределом линии льда). Это дистанция, где летучие вещества конденсируются в твердые ледяные зерна.
• II – водные облака. Обладают средними температурными показателями (-23°С), поэтому слишком нагреты для создания аммиачного облачного покрова. Вода сильнее отражает, так что наделены более высоким показателем альбедо.
• III – безоблачные. Температура поднимается к 80°С-530°С, поэтому лишены облачного покрова (нет достаточного количества химических веществ). Наделены низким альбедо и кажутся расплывчатыми голубыми шарами, так как метан поглощает красные длины волн.
• IV – щелочные металлы. Нагреваются выше 627°С, из-за чего в атмосфере начинает доминировать монооксид углерода. Растет также количество щелочных металлов. Такие объекты именуют горячими юпитерами.
• V – силикатные облака. Это наиболее раскаленные гиганты (больше 1100°С). На верхнем атмосферном слое располагаются силикатные и железные облачные формирования. Будут выглядеть красными в обзоре.

Основные факты о газовых гигантах

Юпитер стоит на первой позиции по размерам среди гигантов в системе. Его радиус практически в 11 раз превышает земной. Обладает 50-ю спутниками и 17-ю кандидатами. Планета состоит изо льда и горной породы. Большая часть массы представлена жидким металлическим водородом, из-за чего формируется масштабное магнитное поле. Юпитер настолько огромен, что его можно отыскать без использования приборов. Атмосферный слой наполнен аммиаком, водородом, гелием и метаном.

Сатурн в 9 раз крупнее земного радиуса и отличается восхитительной кольцевой системой. Обладает 53 спутниками, а также 9-ю претендентами. Планета наполнена водородом и гелием, окружающих плотное ядро. По атмосфере сходится с Юпитером.

Уран превышает наш радиус в 4 раза. Этот объект уникален своим углом осевого наклона, из-за которого практически опрокинут на бок. К тому же вращается в обратном направлении. Содержит семейство из 27 спутников, а атмосфера – водород, метан и гелий. В 1781 году планету нашел Уильям Гершель.

Нептун также по радиусу крупнее нас в 4 раза и похож по атмосфере с Ураном. Рядом вращаются 13 спутников и один кандидат. Планету нашли в 1846 году.

Формирование и общие черты газовых гигантов

Полагают, что с самого начала гиганты появились в виде скалистых и ледяных планет, напоминающих земной тип. Но размер ядра был огромен, что позволило притягивать больше водорода и гелия из газового облака до того, как сформировалась звезда.

Ученым удалось отыскать тысячи экзопланет, среди которых огромная часть припадает на горячие юпитеры. Это газовые гиганты, расположенные крайне близко к своим звездам. Полагают, что изначально они создаются дальше, но потом приближаются.

Гиганты формируют вокруг себя масштабные лунные семьи. Многие появляются вместе с планетами, а другие притягиваются гравитацией. Обычно все вращаются в одной направленности с планетами. Но Тритон у Нептуна следует в противоположную сторону. Это намекает на его захваченную предысторию.

Текущие исследования газовых гигантов

Каждая планета наделена сложным атмосферным слоем и серией масштабных бурь. К примеру, уже 4 века на Юпитере бушует Большое Красное Пятно, которое сейчас сокращается в размерах. Мы нуждаемся более длительных обзорах, чтобы выяснить точный характер погодных формирований.

На Сатурне сейчас завершается миссия Кассини, а Юнона изучает Юпитер. Исследователи также настроены на поиск сейсмических волн, напоминающих земные особенности при землетрясениях.

Экзопланеты и газовые гиганты

Исследование чужих миров показало огромное количество газовых гигантов, превосходящих Юпитер во много раз. Некоторые практически достигали статуса звезды. Но они расположены крайне далеко от нас, поэтому сложно определить точное альбедо и спектры.

Большая часть гигантов представлена супер-юпитерами, потому что их просто легче отыскать. Такие объекты делят на холодные и горячие юпитеры. Первые обогащены водородом и в 1.6 раз массивнее Юпитера.

Горячие наделены огромным количеством водорода. Если газовые гиганты в 13-80 раз больше Юпитера, то становятся коричневыми карликами. Такие тела крупнее любой планеты, но им все равно не хватает массы для активации ядерного слияния в ядре, и они не могут стать полноценными звездами.

Газовые гиганты разнообразные и сложные по своей природе. У нас всего 4 таких планеты, но они предлагают богатое поле для исследований. К тому же выступают еще одним пазлом в понимании формирования нашей системы.

Супер-Земли

Среди экзопланет удалось отыскать множество супер-земель (по размеру между Землей и Нептуном). Эту разновидность не встретить на территории нашей системы, поэтому пока еще не ясно, выглядят они скорее как гиганты или земной тип.

Газовые гиганты Солнечной системы, как и любой другой, по большей части состоят из газов. Физические и химические характеристики этих планет настолько отличаются от всего нашего окружения, что не могут не вызывать к себе интерес даже тех, кто очень далек от астрономии.

Газовые гиганты

Известно, что объекты нашей звездой системы условно разделены на две группы: земную и газовую. Ко второй относятся планеты, не имеющие твердой оболочки. У нашей звезды имеется четыре таких объекта:

• Юпитер.
• Сатурн.
• Уран.
• Нептун.

Газовые гиганты Солнечной системы отличаются неопределенностью границ между ядром, оболочкой и атмосферой планеты. Собственно, даже уверенности в наличии ядра у ученых нет.

Согласно наиболее вероятной системе возникновения нашего мира, газовые гиганты Солнечной системы появились намного позднее планет земной группы. Давление в атмосфере великанов растет по мере углубления. Специалисты считают, что ближе к центру планеты оно настолько велико, что водород переходит в жидкую форму.

Газовые тела вращаются вокруг своей оси быстрее, чем твердые. Любопытно, что планеты (газовые гиганты) Солнечной системы выделяют больше тепла, чем получают от Светила. Этот феномен частично можно объяснить гравитационной энергией, но происхождение оставшейся части ученым до конца не совсем понятно.

Юпитер

Самая большая планета Солнечной системы - газовый гигант Юпитер. Он настолько велик, что разглядеть его можно даже невооруженным глазом - в ночном небе это объект третий по яркости, более заметны лишь Луна и Венера. Даже в небольшой телескоп можно разглядеть диск Юпитера с четырьмя точками - спутниками.

Планета может похвастаться не только самыми большими размерами, но и самым сильным магнитным полем - оно больше земного в 14 раз. Существует мнение, что оно создано движением в недрах гиганта. Радиоизлучение планеты настолько мощное, что повреждает любые аппараты, подходящие близко. Несмотря на гигантские вращается он быстрее всех своих собратьев по звездной системе - полное обращение занимает всего 10 часов. Зато его орбита так велика, что облет вокруг Светила занимает 12 земных лет.

Юпитер - самый близкий к нам газовый гигант, поэтому он наиболее изучен среди планет своей группы. Именно к этому телу было направлено больше всего космических аппаратов. В настоящее время на орбите находится зонд «Юнона», собирающий информацию о планете и ее спутниках. Корабль был запущен в 2011 году, в июле 2016 он достиг орбиты планеты. В августе того же года он подлетел на максимально близкое расстояние - огибал Юпитер всего в 4200 км от его поверхности. В феврале 2018 года планируется затопление аппарата в атмосфере гиганта. Снимков этого процесса ждет весь мир.

Сатурн

Второй по величине газовый гигант Солнечной системы - Сатурн. Эта планета считается самой загадочной, благодаря своим кольцам, о происхождении которых спорят ученые всего мира. Сегодня известно, что состоят они из различных по размеру кусочков скальных пород, льда и пыли. Есть частицы с пылинку, но имеются и объекты до километра в диаметре. Любопытно, что ширины колец могло бы хватить для того, чтобы перейти по ним от Земли до Луны, тогда как их ширина всего порядка километра.

Отраженный свет этого объекта превышает количество, отражаемое планетой. Даже не слишком мощного телескопа хватит, чтобы разглядеть

Ученые выяснили, что плотность планеты в два раза меньше, чем у воды: если бы была возможность погрузить Сатурн в воду, он бы остался на плаву.

На гиганте очень сильные ветры - на экваторе зафиксированы вихри со средней скоростью 1800 км/ч. Чтобы примерно представить их силу, следует сравнить их с самым мощным торнадо, скорость которого достигает 512 км/ч. День Сатурна пролетает быстро - всего за 10 часов, 14 минут, тогда как год тянется 29 земных лет.

Уран

Планета может похвастать самой холодной в нашей Звездной системе атмосферой - минус 224 градуса. Ученые предполагают наличие воды на гиганте, что, в свою очередь, делает возможным существование жизни.

Интересная особенность Урана - его экватор расположен поперек орбиты: планета словно легла на бок. Такое положение делает совершенно уникальной смену времен года. Полюса планеты по 42 наших года не видят солнечного света. Несложно подсчитать, что полный оборот вокруг Солнца Уран совершает за 84 года. Вращение вокруг своей оси происходит за 17 ч. 14 мин., однако сильные ветры до 250 м/с (900 км/ч) ускоряют некоторые детали атмосферы, заставляя их пробежать над планетой за 14 часов.

Ранее считалось, что наклон планеты изменился после столкновения с крупным объектом, однако сегодня ученые склоняются к версии воздействия соседей по системе. Предполагается, что сбили ось Урана гравитационные поля Сатурна, Юпитера и Нептуна.

Нептун

Эта планета наиболее удалена от Солнца, поэтому большая часть информации о ней основана на расчетах и удаленных наблюдениях.

Год на Нептуне равен почти 165 земным годам. Атмосфера настолько нестабильна, что экватор планеты обращается вокруг оси за 18 часов, полюса - за 12, магнитное поле - за 16,1.

Гравитация гиганта оказывает значительное влияние на объекты, расположенные в поясе Койпера. Существуют доказательства того, что планета вывела из строя несколько областей пояса, в результате чего в его структуре появились промежутки. Температура центра Нептуна достигает 7000 градусов - столько же, сколько и у большинства известных планет или на поверхности Светила.

Газовые гиганты Солнечной системы имеют схожие характеристики, но все же это совершенно отличные друг от друга объекты, каждый из которых заслуживает того, чтобы мы узнали о них как можно больше.