Газовый гигант - Gas giant

Для группы см. Газовые гиганты (группа).
Юпитер сфотографирован Новые горизонты в январе 2007 г.
Сатурн в день равноденствия, сфотографированный Кассини в августе 2009 г.

А газовый гигант это гигантская планета состоит в основном из водород и гелий.[1] Газовых гигантов иногда называют несостоявшиеся звезды потому что они содержат те же основные элементы, что и звезда. Юпитер и Сатурн газовые гиганты Солнечная система. Термин «газовый гигант» изначально был синонимом «планета-гигант», но в 1990-х годах стало известно, что Уран и Нептун на самом деле представляют собой отдельный класс гигантских планет, состоящих в основном из более тяжелых летучих веществ (которые называются «льдами»). По этой причине Уран и Нептун теперь часто выделяют в отдельную категорию. ледяные гиганты.[2]

Юпитер и Сатурн состоят в основном из водорода и гелия, а более тяжелые элементы составляют от 3 до 13 процентов массы.[3] Считается, что они состоят из внешнего слоя молекулярный водород окружающий слой жидкости металлический водород, вероятно, с расплавленным каменным ядром. Самая удаленная часть их водородной атмосферы характеризуется многими слоями видимых облаков, которые в основном состоят из воды и аммиака. Слой металлического водорода составляет основную часть каждой планеты и называется «металлическим», потому что очень большое давление превращает водород в электрический проводник. Считается, что ядра газовых гигантов состоят из более тяжелых элементов при таких высоких температурах (20 000 K ) и давление, что их свойства плохо изучены.[3]

Определяющие различия между очень маломассивный коричневый карлик и газовый гигант (по оценкам, около 13 масс Юпитера) обсуждаются.[4] Одна школа мысли основана на образовании; другой - о физике интерьера.[4] Часть дебатов касается того, должны ли «коричневые карлики» по определению испытывать термоядерная реакция в какой-то момент их истории.

Терминология

Период, термин газовый гигант был придуман в 1952 году писателем-фантастом Джеймс Блиш[5] и изначально использовался для обозначения всех планеты-гиганты. Возможно, это неправильное название, потому что в большей части объема всех планет-гигантов давление настолько велико, что материя не находится в газообразной форме.[6] За исключением твердых тел в ядре и верхних слоях атмосферы, все вещества находятся выше критическая точка, где нет различия между жидкостями и газами. Тем не менее, этот термин прижился, потому что ученые-планетологи обычно используют «порода», «газ» и «лед» в качестве сокращений для классов элементов и соединений, обычно встречающихся в качестве планетарных составляющих, независимо от того, что фаза материя может появиться внутри. Во внешней Солнечной системе водород и гелий называются «газами»; вода, метан и аммиак как «льды»; силикаты и металлы как «порода». Поскольку Уран и Нептун в основном состоят из льда, а не газа, их все чаще называют ледяные гиганты и отделился от газовых гигантов.

Классификация

Основная статья: Классификация сударского газового гиганта

Теоретически газовые гиганты можно разделить на пять различных классов в соответствии с их смоделированными физическими свойствами атмосферы и, следовательно, их внешним видом: облака аммиака (I), водяные облака (II), безоблачность (III), облака щелочных металлов (IV), и силикатные облака (V). Юпитер и Сатурн относятся к классу I. Горячие Юпитеры относятся к классу IV или V.

Внесолнечный

Впечатление художника от образования газового гиганта вокруг звезды HD 100546

Гиганты холодного газа

Холодный газовый гигант, богатый водородом, массивнее Юпитера, но меньше 500M⊕ (1.6 MJ ) будет лишь немного больше по объему, чем Юпитер.[7] Для масс выше 500M⊕, сила тяжести приведет к сокращению планеты (см. дегенеративная материя ).[7]

Нагрев Кельвина – Гельмгольца может заставить газовый гигант излучать больше энергии, чем получает от своей звезды.[8][9]

Газовые карлики

Основная статья: Газовый карлик

Хотя слова «газ» и «гигант» часто объединяют, водородные планеты не обязательно должны быть такими большими, как известные газовые гиганты из Солнечной системы. Однако газовые планеты меньшего размера и планеты, расположенные ближе к своей звезде, будут терять атмосферную массу быстрее из-за гидродинамический выход чем большие планеты и планеты дальше.[10][11]

Газовый карлик можно определить как планету со скалистым ядром, которое накопило толстую оболочку из водорода, гелия и других летучих веществ, в результате чего общий радиус составляет от 1,7 до 3,9 земных радиусов.[12][13]

Самая маленькая из известных внесолнечных планет, которая, вероятно, является "газовой планетой", - это Кеплер-138д, который имеет ту же массу, что и Земля, но на 60% больше и, следовательно, имеет плотность, указывающую на толстую газовую оболочку.[14]

Газовая планета с малой массой все еще может иметь радиус, напоминающий радиус газового гиганта, если у нее правильная температура.[15]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ D'Angelo, G .; Лиссауэр, Дж. Дж. (2018). «Формирование планет-гигантов». В Deeg H., Belmonte J. (ed.). Справочник экзопланет. Springer International Publishing AG, часть Springer Nature. С. 2319–2343. arXiv:1806.05649. Bibcode:2018haex.bookE.140D. Дои:10.1007/978-3-319-55333-7_140. ISBN  978-3-319-55332-0. S2CID  116913980.
  2. ^ Веб-сайт Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства, Десять фактов о Нептуне
  3. ^ а б Внутренняя часть Юпитера, Гийо и др., В Юпитер: планета, спутники и магнитосфера, Багенал и др., Редакторы, Cambridge University Press, 2004 г.
  4. ^ а б Бургассер, А. Дж. (Июнь 2008 г.). «Коричневые карлики: несостоявшиеся звезды, суперюпитеры» (PDF). Физика сегодня. Архивировано из оригинал (PDF) 8 мая 2013 г.. Получено 11 января 2016.
  5. ^ Научно-фантастические цитаты, Цитаты для газового гиганта n.
  6. ^ D'Angelo, G .; Durisen, R.H .; Лиссауэр, Дж. Дж. (2011). "Формирование гигантской планеты". В С. Сигере. (ред.). Экзопланеты. Университет Аризоны Press, Тусон, Аризона. С. 319–346. arXiv:1006.5486. Bibcode:2010exop.book..319D.
  7. ^ а б Сигер, S .; Kuchner, M .; Hier-Majumder, C.A .; Милитцер, Б. (2007). «Соотношение массы и радиуса твердых экзопланет». Астрофизический журнал. 669 (2): 1279–1297. arXiv:0707.2895. Bibcode:2007ApJ ... 669.1279S. Дои:10.1086/521346. S2CID  8369390.
  8. ^ Патрик Дж. Дж. Ирвин (2003). Планеты-гиганты нашей Солнечной системы: атмосфера, состав и структура. Springer. ISBN  978-3-540-00681-7.
  9. ^ «Класс 12 - планеты-гиганты - тепло и образование». 3750 - Планеты, луны и кольца. Колорадский университет, Боулдер. 2004 г.. Получено 2008-03-13.
  10. ^ Фэн Тянь; Мультяшный, Оуэн Б.; Павлов, Александр А .; Де Стерк, Х. (10 марта 2005 г.). «Трансзвуковой гидродинамический выход водорода из внесолнечной планетной атмосферы». Астрофизический журнал. 621 (2): 1049–1060. Bibcode:2005ApJ ... 621.1049T. CiteSeerX  10.1.1.122.9085. Дои:10.1086/427204.
  11. ^ Соотношения масса-радиус экзопланет, Дэмиан С. Свифт, Джон Эггерт, Дэмиен Г. Хикс, Себастьян Хамель, Кайл Касперсен, Эрик Швеглер и Гилберт В. Коллинз
  12. ^ Три режима внесолнечных планет по металличности родительских звезд, Buchhave et al.
  13. ^ D'Angelo, G .; Боденхаймер, П. (2016). "Модели формирования планет Кеплер 11 in situ и ex situ". Астрофизический журнал. 1606 (1): в печати. arXiv:1606.08088. Bibcode:2016ApJ ... 828 ... 33D. Дои:10.3847 / 0004-637X / 828/1/33. S2CID  119203398.
  14. ^ Коуэн, Рон (2014). "Экзопланета земной массы - не двойник Земли". Природа. Дои:10.1038 / природа.2014.14477. S2CID  124963676.
  15. ^ *Соотношение масса-радиус для газообразных планет с очень малой массой, Константин Батыгин, Дэвид Дж. Стивенсон, 18 апреля 2013 г.