Планеты гиганты группы: Планеты-гиганты

Содержание

Планеты-гиганты

При перепечатке материалов с этого сайта, ссылка на kosmoved.ru обязательна.

© Copyright 2014-2020, kosmoved.ru

Контакты: [email protected]

Юпитер

Сатурн

Уран

Нептун

Планеты-гиганты — самые крупные тела Солнечной системы

Планеты-гиганты — самые большие тела Солнечной системы после Солнца: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
Они располагаются за Главным поясом астероидов и поэтому их ещё называют «внешними» планетами.

Юпитер и Сатурн — газовые гиганты, то есть они состоят в основном из газов, находящихся в твёрдом состоянии: водорода и гелия.

А вот Уран и Нептун были определены как ледяные гиганты, поскольку в толще самих планет вместо металлического водорода находится высокотемпературный лёд.

Планеты-гиганты во много раз больше Земли, но по сравнению с Солнцем, они совсем не большие:

Компьютерные расчёты показали, что планеты-гиганты играют важную роль в деле защиты внутренних планет земной группы от астероидов и комет.

Не будь этих тел в Солнечной системе, наша Земля в сотни раз чаще подвергалась бы падению астероидов и комет!

Как же планеты-гиганты защищают нас от падений незванных гостей?

Вы наверняка слышали о «космическом слаломе», когда автоматические станции, направляемые к далёким объектам Солнечной системы, совершают «гравитационные манёвры» около некоторых планет.
Они подходят к ним по заранее расчитанной траектории и, используя силу их притяжения, разгоняются ещё сильнее,
но не падают на планету, а «выстреливают» словно из пращи с ещё большей скоростью, чем на входе и продолжают своё движение.
Тем самым экономится топливо, которое было бы нужно для разгона одними только двигателями.

Точно также планеты-гиганты выбрасывают за пределы Солнечной системы астероиды и кометы, которые пролетают мимо них,
пытаясь прорваться к внутренним планетам, в том числе к Земле.
Юпитер, со своими собратьями, увеличивает скорость такого астероида, сталкивает его со старой орбиты, тот вынужденно меняет свою траекторию и улетает в космическую бездну.

Так что, без планет-гигантов, жизнь на Земле вероятно была бы невозможна из-за постоянных метеоритных бомбардировок.

Ну, а теперь вкратце познакомимся с каждой из планет-гигантов.

Юпитер — самая большая планета-гигант.

Первым по порядку от Солнца, из планет-гигантов, идёт Юпитер.
Это и самая большая планета Солнечной системы.

Иногда говорят, что Юпитер — не состоявшаяся звезда. Но, чтобы запустить собственный процесс ядерных реакций, Юпитеру не хватает массы, причём довольно много.
Хотя, масса потихоньку растёт за счёт поглощения межпланетного вещества — комет, метеоритов, пыли и солнечного ветра.
Один из вариантов развития Солнечной системы показывает, что если так пойдёт и дальше, то Юпитер вполне может стать звездой или коричневым карликом.
И тогда наша Солнечная станет двойной звёздной ситемой.
Кстати, двойные звёздные системы — обычное дело в окружающем нас Космосе. Одиночных звёзд, вроде нашего Солнца, — гораздо меньше.

Существуют расчёты, показывающие, что уже сейчас Юпитер излучает больше энергии, чем поглощает её от Солнца.
И если это действительно так, то ядерные реакции уже должны идти, иначе энергии взяться просто неоткуда.
А это уже признак именно звезды, а не планеты…

Сравнение размеров Земли и Юпитера:

На этом снимке видно и знаменитое Большое Красное Пятно, его ещё называют «глазом Юпитера». Это гигантский вихрь, который существует по-видимому уже не одну сотню лет.

В 1989 году к Юпитеру был запущен аппарат «Галилео». За 8 лет работы, он сделал уникальные снимки самой планеты-гиганта, спутников Юпитера, а также провёл множество измерений.

Что творится в атмосфере Юпитера и в его недрах — остаётся только догадываться.
Зонд аппарата «Галилео» спустившися в его атмосферу на 157 км., выдержал всего 57 минут, после чего был раздавлен давлением в 23 атмосферы.
Но, он успел сообщить о мощных грозах и ураганных ветрах, также передал данные о составе и температуре.

Ганимед, самый большой из спутников Юпитера, является и самым большим из спутников планет в Солнечной системе.

В самом начале исследований, в 1994 году «Галилео» наблюдал падение кометы Шумейкеров-Леви на поверхность Юпитера и прислал изображения этой катастрофы.
С Земли это событие наблюдать было нельзя — только остаточные явления, которые стали видны по мере вращения Юпитера.

Сатурн.

Далее идёт не менее знаменитое тело Солнечной системы — планета-гигант Сатурн, который известен прежде всего благодаря своим кольцам.
Кольца Сатурна состоят из частичек льда, размером от пылинок до довольно больших кусков льда.
При внешнем диаметре колец Сатурна 282000 километров, их толщина — всего около ОДНОГО километра.
Поэтому, при взгляде сбоку, кольца Сатурна не видны.

Но, у Сатурна есть и спутники. Сейчас открыто около 62 спутников Сатурна.

Самый большой спутник Сатурна — Титан, размер которого больше планеты Меркурий!
Но, он состоит в значительной мере из замёрзшего газа, то есть легче Меркурия.
Если Титан переместить на орбиту Меркурия, то лёдяной газ испарится и размеры Титана сильно уменьшатся.

Ещё один интересный спутник Сатурна — Энцелад, привлекает учёных тем, что под его ледяной поверхностью есть океан жидкой воды.
А если так, то в ней возможна и жизнь, ведь и температуры там положительные.
На Энцеладе открыты мощные водяные гейзеры, бьющие в высоту на сотни километров! Подробнее об Энцеладе

Исследовательская станция «Кассини» находится на орбите Сатурна с 2004 года.
За это время собрано множество данных о самом Сатурне, его спутниках и кольцах.

Так же осуществлена посадка автоматической станции «Гюйгенс» на поверхность Титана, одного из спутников Сатурна.
Это была первая в истории посадка зонда на поверхность небесного тела во Внешней части Солнечной системы.

Несмотря на свои значительные размеры и массу, плотность Сатурна примерно в 9.1 раза меньше плотности Земли.
Поэтому, ускорение свободного падения на экваторе — всего 10,44 м/с². То есть, совершив там посадку, мы бы не почувствовали возросшей силы тяжести.

Уран — ледяной гигант.

Атмосфера Урана состоит из водорода и гелия, а недра — изо льда и твёрдых горных пород.
Уран выглядит довольно спокойной планетой, в отличие от буйного Юпитера, но всё-же в его атмосфере были замечены вихри.
Если Юпитер и Сатурн называют газовыми гигантами, то Уран и Нептун — ледяные гиганты, поскольку в их недрах отсутствует металлический водород, а вместо него много льда в различных высокотемпературных состояниях.

Уран выделяет очень мало внутреннего тепла и поэтому является самой холодной из планет Солнечной системы —
на нём зарегистрирована темперутура -224°С. Даже на Нептупне, который находится дальше от Солнца — и то теплее.

У Урана есть спутники, но они не очень крупные. Самый большой из них, Титания, в диаметре более чем в два раза меньше нашей Луны.

Нет, я не забыл повернуть фотографию :)

В отличие от других планет Солнечной системы, Уран как бы лежит на боку — его собственная ось вращения лежит почти в плоскости вращения Урана вокруг Солнца.
Поэтому, он поворачивается к Солнцу то Южным, то Северным полюсами. То есть, солнечный день на полюсе длится 42 года,
а потом сменяется на 42 года «полярной ночи», во время которой освещён противоположный полюс.

Этот снимок сделан телескопом Хаббл в 2005 году. Видны кольца Урана, светло окрашенный южный полюс и яркое облако в северных широтах.

Оказывается, не только Сатурн украсил себя кольцами!

Любопытно, что все планеты носят имена римских богов. И только Уран назван именем бога из древнегреческой мифологии.

Ускорение свободного падения на экваторе Урана — 0,886 g. То есть, сила тяжести на этой планете-гиганте даже меньше чем на Земле! И это несмотря на его огромную массу…
Виной этому — опять же малая плотность ледяного гиганта Урана.

Космические аппараты пролетали мимо Урана, делая попутно снимки, но детальных исследований пока не проводилось.
Правда, NASA планирует отправить к Урану исследовательскую станцию в 2020-ых годах.
Есть планы и у Европейского космического агентства.

Нептун.

Нептун — самая дальняя планета Солнечной системы, после того, как Плутон «разжаловали» в «карликовые планеты».
Как и остальные планеты-гиганты, Нептун значительно больше и тяжелее Земли.

Нептун, как и Уран, является ледяной планетой-гигантом.

Нептун находится довольно далеко от Солнца и поэтому стал первой планетой, открытой благодаря математическим вычислениям, а не при помощи прямых наблюдений.
Планета была зрительно обнаружена в телескоп 23 сентября 1846 года астрономами Берлинской обсерватории, на основании педварительных расчётов француского астронома Леверье.

Любопытно, что судя по рисункам, Галилео Галией наблюдал Нептун задолго до этого, ещё в 1612 году, в свой первый телескоп! Но… он не распознал в нём планету, приняв за неподвижную звезду.
Поэтому, Галилей не считается первооткрывателем планеты Нептун.

Несмотря на свои значительные размеры и массу, плотность Нептуна примерно в 3,5 раза меньше плотности Земли.
Поэтому, на экваторе сила тяжести — всего 1,14 g, то есть почти как на Земле, как и у двух предыдущих планет-гигантов.

Николай Курдяпин, kosmoved.ru

или расскажите друзьям:

Они подходят к ним по заранее расчитанной траектории и, используя силу их притяжения, разгоняются ещё сильнее, но не падают на планету, а «выстреливают» слово из пращи с ещё большей скоростью, чем на входе и продолжают своё движение.

НЕ СЛОВО, а СЛОВНО

Про Нептун опечатка. «Нептун, как и САТУРН, является ледяной планетой-гигантом.» Второй ледяной гигант — это Уран. Исправьте, пожалуйста =)

Планеты-гиганты Солнечной системы – характеристика кратко, список для доклада (5 класс, география)

4.1

Средняя оценка: 4.1

Всего получено оценок: 362.

Обновлено 10 Февраля, 2022

4.1

Средняя оценка: 4.1

Всего получено оценок: 362.

Обновлено 10 Февраля, 2022

В Солнечной системе имеются следующие планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Они расположены за пределами пояса астероидов, на большом расстоянии от Солнца, и потому часто называются внешними планетами. Эти 4 планеты-гиганты гораздо больше планет земной группы, однако по сравнению с Солнцем кажутся совсем крошечными. Они имеют много общего, благодаря чему выделены в отдельную группу.

Структура планет-гигантов

Все планеты Солнечной системы разделены на две большие группы: планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и планеты-гиганты. Их разделяет пояс из космических малых тел — астероидов.

Интересно. Планеты-гиганты иногда называют газовыми гигантами. Тем не менее, многие астрономы применяют последний термин только к Юпитеру и Сатурну. Уран и Нептун, которые имеют различные составы, выделяют в отдельную группу ледяных гигантов.

Рис. 1. Планеты-гиганты в Солнечной системе.

Планеты-гиганты Солнечной системы образованы из сложной смеси газов: водорода, аммиака, гелия, метана. Их главным отличием является отсутствие привычной твёрдой поверхности. По мере приближения к центру планеты атмосфера становится всё более плотной и в результате переходит из газообразного состояния в жидкое. Однако чёткой границы между океаном и атмосферой, как на Земле, у газовых гигантов нет. Этот океан состоит не из воды, а по большей части из жидкого водорода.

На большой глубине давление в планетах-гигантах вырастает до такой степени, что жидкий водород становится металлическим. Под слоем металлического водорода располагается ядро планеты, состоящее из предельно сжатых каменных пород.

Краткая характеристика планет-гигантов

К списку планет-гигантов относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, которых объединяет не только большая удалённость от Солнца, но и многие физические данные.

Сравнительную характеристику планет-гигантов удобно представить в виде таблицы.

Характеристики	Юпитер	Сатурн	Уран	Нептун
Радиус, км	69911	58232	25362	24622
Масса, 5,97•1024 кг	317,8	95,2	14,54	17,15
Период обращения вокруг собственной оси, час	9,9	10,5	17,2	15,9
Период обращения вокруг Солнца, год	11,86	29,46	84	164,79
Минимальное расстояние до Солнца, млн км	741	1354	2749	4453
Максимальное расстояние до Солнца, млн км	817	1513	3004	4554

Как видно из таблицы, важнейшей отличительной особенностью газовых гигантов являются их огромные размеры. Самым же большим газовым гигантом является Юпитер. Так, его масса превосходит земную почти в 318 раз.

Рис. 2. Юпитер — самая большая планета Солнечной системы.

В атмосфере газовых гигантов происходят уникальные процессы, не характерные для планет земной группы. Частое явление здесь — сильнейшие ветры, скорость которых составляет не одну сотню километров в час. Подобные ураганные вихри способны существовать много лет. К примеру, на Юпитере наблюдается Большое красное пятно, «живущее» более 300 лет.

Кольца и спутники планет-гигантов

Если перечислять особенности газовых гигантов, стоит отметить у них большое число спутников:

У Юпитера имеется 79 спутников. Четыре крупнейших из них: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто.
У Сатурна имеется 82 подтверждённых спутника. Самый крупный из них — Титан.
У Урана открыты 27 спутников, крупнейшие — Титания, Оберон, Умбриэль, Ариэль и Миранда.
У Нептуна имеется 14 известных спутников. Крупнейший — Тритон.

Отличительной особенностью планет-гигантов являются кольца — система плоских концентрических образований из пыли и льда, вращающаяся вокруг планеты в экваториальной плоскости.

Кольцо Сатурна самое внушительное по размеру — его диаметр равен 400 тысячам километров, а ширина кольца насчитывает только несколько десятков метров. Состоит кольцо из вращающихся вокруг планеты кусков льда и небольших камней. Эти части разделены несколькими щелями, что формирует несколько разных колец, опоясывающих планету.

Рис. 3. Кольца Сатурна.

Что мы узнали?

В докладе по географии для 5 класса можно перечислить, сколько планет Солнечной системы считаются планетами-гигантами. Это Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. От планет земной группы они отличаются, прежде всего, огромными размерами, а также отсутствием твёрдой поверхности. Кроме того, все они имеют кольца и большое количество спутников, а в их атмосфере бушуют сильнейшие ураганы.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Август Мандаринский
10/10

Оценка доклада

4.1

Средняя оценка: 4.1

Всего получено оценок: 362.

А какая ваша оценка?

Что это такое и где они?

◊Дом
◊ Формирование Солнечной системы
- Звезда родилась
- Как формируются планеты
◊Планеты-гиганты
- Что это такое и где они?
- Атмосферы
- Интерьеры
- Магнитосферы
◊Луны
- Что с лунами?
- Галилеевы спутники Юпитера
- Спутники Сатурна, Урана и Нептуна
◊Кольца
◊Пояс Койпера
Объекты
- Карликовые планеты
- Кометы
◊Космический мусор
- Астероиды
- Метеориты
- Пыль и плазма
◊Внесолнечные планеты
◊Миссии
- Пионер 10 и 11
- Вояджер 1 и 2
- Галилео
- Кассини
- Новые рубежи
◊Уроки и занятия

Предыдущая: Как формируются планетыСледующая: Планеты-гиганты: атмосферы

РЕЗЮМЕ: Планеты-юпитеры представляют собой большие газовые шары, каждый из которых окружен множеством лун и колец.

Секции:

Состав
Вращение
Луны и кольца
Почему такие разные?
Атмосфера
Интерьер
Ссылки по теме

Связанные уроки:

Относительный размер Юпитера
Вертушка Большого красного пятна
Может ли происходить фотосинтез на Сатурне?
Узоры и отпечатки пальцев
Использование спектральных данных для изучения Сатурна и Титана

Состав

Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун вместе составляют группу, известную как юпитерианских планеты . Общая структура юпитерианских планет противоположна структуре планет земной группы. Вместо того, чтобы иметь разреженную атмосферу вокруг относительно больших каменистых тел, планеты Юпитера имеют относительно небольшие плотные ядра, окруженные 90 132 массивными слоями газа 9.0133 . Почти полностью состоящие из водорода и гелия, эти планеты не имеют твердой поверхности.

Планеты Юпитера
(щелкните, чтобы увеличить)

Вернуться к началу

Вращение

Как вращение влияет на форму планет
(щелкните, чтобы увеличить)

В отличие от сферических форм планет земной группы, все юпитерианские планеты имеют слегка продолговатую форму. Юпитерианские планеты вращаются намного быстрее, чем любой из земных миров. Гравитация сама по себе сделала бы планету сферической, но их быстрое вращение сглаживает свои сферические формы, отбрасывая материал вблизи экватора наружу.

Наблюдения за облаками на разных широтах позволяют предположить, что юпитерианские планеты вращаются с разной скоростью вблизи экватора и вблизи полюса.

ЮПИТЕРСКИЕ «ДНИ»

Юпитер : 10 часов
Сатурн: 10 часов
Уран: 16-17 часов
Нептун: 16-17 часов

В начало

Луны и кольца

После размера, пожалуй, самое заметное различие между планетами-юпитерианами и планетами земной группы связано с лунами и кольцами. Планеты земной группы — это почти изолированные миры, и только Земля (1 луна) и Марс (2 луны) вообще вращаются вокруг каких-либо лун. Напротив, много спутников и колец вращаются вокруг каждой из юпитерианских планет.

У всех четырех юпитерианских планет есть кольца, хотя с Земли хорошо видны только кольца Сатурна. Кольца состоят из бесчисленных маленьких кусочков камня и льда, каждый из которых вращается вокруг своей планеты, как крошечная луна. Кольца выглядят плоскими, потому что все частицы вращаются практически в одной плоскости. Кольца расположены ближе к планетам, чем любой из их спутников среднего или большого размера, но внутренний край колец все еще находится намного выше вершин облаков планеты.

Юпитер со своими спутниками Европой (ближайшая) и Каллисто выровнены по центру планеты.
(нажмите, чтобы увеличить)

Кольца Сатурна со спутниками Янус (самый верхний) и Пандора.
(нажмите, чтобы увеличить)

Вернуться к началу

Чем отличается

Почему юпитерианские планеты так отличаются от планет земной группы? Мы можем проследить почти все различия до образования Солнечной системы. Линия инея отметила важную разделительную точку в солнечной туманности. В пределах линии инея температура была слишком высокой для образования водородного льда. Единственные твердые частицы были сделаны из металла и камня. За линией инея, где могли конденсироваться соединения водорода, твердые частицы включали лед, а также металл и камень.

Хотя планеты земной группы образовались из планетезималей, состоящих из горных пород и металлов, они оказались слишком маленькими, чтобы захватить значительное количество газа водорода и гелия в солнечной туманности. Однако юпитерианские планеты образовались дальше от Солнца, где было много льда и горных пород. Ядра быстро срослись в большие глыбы льда и камня. В конце концов, они стали настолько большими, что захватили большое количество водорода и других газов из окружающей туманности благодаря своей огромной гравитации.

БОЛЬШЕ ИНФОРМАЦИИ О ФОРМИРОВАНИИ ПЛАНЕТЫНЕКОТОРЫЕ КРАТКИЕ ФАКТЫ О ПЛАНЕТАХ

Вернуться к началу

Атмосферы

Высота облаков на планете Юпитера Атмосферы

Атмосферы Юпитера и Сатурна почти полностью состоят из водорода и гелия , хотя есть некоторые свидетельства того, что они содержат соединения водорода . Уран и Нептун состоят в основном из водородных соединений с небольшими примесями водорода, гелия, металлов и горных пород. Наиболее распространенными соединениями водорода являются метан (CH ₄), аммиак (NH ₃) и воду (H ₂ O).

Чем дальше планета от Солнца, тем холоднее будет ее атмосфера. Это означает, что одни и те же газы будут конденсироваться с образованием облаков на разных высотах на разных планетах, потому что для конденсации газа требуется определенное давление и температура. Аммиак, гидросульфид аммония и вода составляют 3 облачных слоя Юпитера и Сатурна. На графике справа видно, что они конденсируются на более низких высотах в атмосфере Сатурна, чем в атмосфере Юпитера.

Вернуться к началу

Интерьеры

Ядра всех четырех юпитерианских планет состоят из некоторой комбинации горных пород, металлов и соединений водорода . Юпитер и Сатурн имеют похожие внутренние части, со слоями металлического водорода, жидкого водорода, газообразного водорода, и покрытыми слоем видимых облаков. В отличие от Юпитера и Сатурна, ядра Урана и Нептуна состоят из камня и металла, а также из воды, метана и аммиака. Слой, окружающий ядро, состоит из газообразного водорода, покрытого слоем видимых облаков, подобных облакам Юпитера и Сатурна.

Jovial Planet Interiors
(нажмите, чтобы увеличить)

Как и на планетах земной группы, чем глубже вы погружаетесь, тем горячее и плотнее становится. Увеличение температуры и плотности означает увеличение давления.

Кусочек пирога плотности Юпитера

В начало

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ

Путешествие по Солнечной системе девяти восьми планет
Астрономический мир Эрика Вайсштейна номия

Вернуться к началу

Газовые гиганты: планеты Юпитера в нашей Солнечной системе и за ее пределами

Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

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 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, которые только начинали 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 точки встречи между планетарными и экзопланетными сообществами», — 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, полученных с таких обсерваторий, 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 лун. 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 она также вращается назад относительно всех планет, кроме Венеры, что означает, что огромное столкновение разрушило ее 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, которые вращаются 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. до н.э. (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.

Один большой спутник 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 спутника Europa Clipper НАСА и спутника Европейского космического агентства Jupiter ICy moons Explorer (JUICE), 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.

901:28 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 множество других исследований, проведенных космическим кораблем и космическим телескопом Хаббла. 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: Космический аппарат «Кассини» завершил более десятка лет наблюдений за Сатурном в 2017 году. 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: Рентген: НАСА/CXO/Университетский колледж Лондона/У. Данн и др.; Оптика: Обсерватория В.М. Кека)

(открывается в новой вкладке)

Нептун: Штормы на Нептуне также являются популярной целью наблюдения , 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., и др. «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].

Получайте последние космические новости и последние обновления о запусках ракет, наблюдениях за небом и многом другом!

Свяжитесь со мной, чтобы сообщить о новостях и предложениях других брендов FutureПолучайте электронные письма от нас от имени наших надежных партнеров или спонсоров

Элизабет Хауэлл (она/она), доктор философии, работает штатным автором на канале космических полетов с 2022 года, а также занимается вопросами разнообразия, образования и игр. Она была автором для Space.com в течение 10 лет, прежде чем перейти на полный рабочий день, а с 2012 года стала фрилансером.