Газовые гиганты

Га́зовые гига́нты — планеты, состоящие в значительной мере из водорода, гелия, аммиака, метана и других газов. Планеты этого типа имеют небольшую плотность, краткий период суточного вращения и, следовательно, значительное сжатие у полюсов; их видимые поверхности хорошо отражают, или, иначе говоря, рассеивают солнечные лучи.

В Солнечной системе к газовым гигантам относят Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Согласно гипотезе происхождения Солнечной системы, планеты-гиганты образовались позже, чем планеты земной группы. К этому времени большая часть тугоплавких веществ (окислы, силикаты, металлы) уже выпали из газовой фазы, и из них образовались внутренние планеты (от Меркурия до Марса). Существует гипотеза о пятом газовом гиганте, вытолкнутом при формировании современного облика Солнечной системы на её далёкие окраины (ставшим гипотетической планетой Тюхе или другой «Планетой X») или за её пределы (ставшим планетой-сиротой). Последней такой гипотезой является гипотеза о девятой планете Брауна и Батыгина.

Самым большим известным газовым гигантом является экзопланета TrES-4b.

Период очень быстрого вращения газовых гигантов вокруг своей оси составляет 9—17 часов.

Модели внутреннего строения газовых планет предполагают наличие нескольких слоёв. На определённой глубине давление в атмосферах газовых планет достигает высоких значений, достаточных для перехода водорода в жидкое состояние. Если планета достаточно велика, то ещё ниже может размещаться слой металлического водорода (напоминающего жидкий металл, где протоны и электроны существуют раздельно), электрические токи в котором порождают мощное магнитное поле планеты. Предполагается, что газовые планеты имеют также относительно небольшое каменное или металлическое ядро.

Как показали измерения спускаемого аппарата «Галилео», давление и температура быстро растут уже в верхних слоях газовых планет. На глубине 130 км в атмосфере Юпитера температура составила около 420 кельвинов (145 градусов Цельсия), давление — 24 атмосферы. Все газовые планеты Солнечной системы излучают заметно больше тепла, чем получают от Солнца, вследствие выделения гравитационной энергии при сжатии. Предложены модели, допускающие выделение крайне незначительных количеств тепла внутри Юпитера при реакциях термоядерного синтеза, но эти модели не имеют наблюдательного подтверждения.

В атмосферах газовых планет дуют мощные ветры со скоростями до нескольких тысяч километров в час (скорость ветра на экваторе Сатурна составляет 1800 км/ч.). Имеются постоянные атмосферные образования, представляющие собой гигантские вихри. Например, Большое красное пятно (размером в несколько раз больше Земли) на Юпитере наблюдают уже более 300 лет. Имеется Большое тёмное пятно на Нептуне, более мелкие пятна на Сатурне.

Для всех газовых планет Солнечной системы отношение суммарной массы их спутников к массе планеты составляет около 0,01 % (1 к 10 000). Для объяснения этого факта разработаны модели формирования спутников из газо-пылевых дисков с большим количеством газа (при этом действует механизм, ограничивающий рост спутников).

Газовыми могут являться лишь крупные планеты, так как небольшие небесные тела не способны удержать такой лёгкий газ, как водород.

Большинство обнаруженных экстрасолнечных планет столь велики, что предположительно тоже являются газовыми гигантами. На крупнейшей из известных (обращающейся очень близко от звезды) удалось обнаружить разогретую атмосферу.[уточнить]

Источник: Википедия

Упоминания в литературе

Две внешние планеты Солнечной системы, Уран и Нептун, относятся к ледяным гигантам. Их диаметр – около 50 000 км (в четыре раза больше Земли и почти в три раза меньше Юпитера), а средняя плотность составляет около 1,3 (Уран) и 1,6 (Нептун) г/см?. Они состоят в основном из воды, метана и аммиака в жидком и твердом состояниях, а на долю водорода и гелия приходится менее 10 %. Атмосферы Нептуна и особенно Урана значительно спокойнее, чем атмосфера газовых гигантов; устойчивые вихри заметны редко. Ось вращения Урана наклонена на 97 градусов относительно плоскости орбиты, поэтому смена времен года на нем происходит совсем не так, как на других планетах, а полюса получают в среднем за год больше тепла, чем экваториальные районы. Уран и Нептун обладают мощным магнитным полем, однако в отличие от других планет их магнитные полюса далеки от географических. Магнитная ось Урана наклонена на 59 градусов относительно оси вращения, Нептуна – на 47 градусов. Если магнитное поле газовых гигантов и планет земной группы порождается конвективными потоками в ядре, то для ледяных гигантов предполагаемый источник магнитного поля – жидкая водно-аммиачная прослойка ближе к поверхности.

Михаил Никитин, Происхождение жизни. От туманности до клетки, 2016

Второй ключ к происхождению Солнечной системы кроется в характерном расположении восьми основных ее планет. Ближайшие к Солнцу планеты – Меркурий, Венера, Земля и Марс – представляют собой сравнительно небольшие твердотельные образования, состоящие преимущественно из кремния, кислорода, магния и железа. Плотные горные породы, вроде черного вулканического базальта, встречаются в основном на поверхности этих планет. В отличие от них четыре внешних планеты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун – являются газовыми гигантами, главным образом состоящими из водорода и гелия. Эти громадные шары не имеют твердой поверхности и уплотняются по мере углубления в нижние слои атмосферы. Такое деление планет позволяет предположить, что в начальный период существования Солнечной системы, в течение нескольких тысяч лет после образования Солнца солнечный ветер – интенсивный поток заряженных частиц – выталкивал оставшийся водород и гелий во внешние, более холодные области. На достаточном удалении от излучения Солнца эти летучие газы, остывая, уплотнялись, образуя независимые сгущения. Напротив, более крупные, богатые минералами частицы звездной пыли, оставшиеся поблизости от раскаленной звезды, быстро уплотнялись, образуя твердотельные внутренние планеты.

Роберт Хейзен, История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет, 2012

Юпитер – самая большая планета в Солнечной системе. Классифицируется как газовый гигант, который собрал вокруг себя 67 спутников, самые известные из которых: Европа, Ио, Ганимед, Каллисто. Большая часть Юпитера (82 процента) состоит из водорода и дополняется гелием, метаном и аммонием, однако в составе есть и вода, но ее очень мало, меньше процента. Юпитер в 11 раз больше Земли, а один круг его вращения вокруг Солнца составляет 12 земных лет.

Брайан Хейбл, Как устроена Вселенная, 2013

Во всей «астероидной проблеме» основным вопросом остается: смогут ли астрономы на основе современных наблюдений достаточно точно и своевременно предсказывать появление космической метеоритной угрозы? Между тем электронное моделирование движения кометных ядер, периодически появляющихся из далеких окрестностей Солнечной системы, показывает, что их траектории достаточно хаотичны. Чаще всего блуждания комет между газовыми гигантами заканчиваются распадом под действием сильнейших сил тяготения и выпадением на Юпитер.

Олег Фейгин, Планета бурь, 2016