1) Излучение Юпитера
Юпитеру свойственен интересный феномен – «горячие тени». Обычно в тени температура ниже, чем на освещенных участках. На Юпитере – наоборот: там, где поверхность в тени, например, от спутников, температура выше, чем на открытых местах. На данный момент самым подходящим объяснением является то, что Юпитер выделяет тепла больше, чем получает от Солнца. Кстати, это свойственно не только ему, но и Сатурну, Урану, Нептуну и, как это ни покажется невероятным, даже крохотному, по сравнению с перечисленными гигантами, Плутону.
Одним из аргументов в пользу гипотезы о наличии внутренних источников энергии Юпитера служит тот факт, что он излучает энергии больше, чем получает от Солнца, тогда как планеты земной группы отражают в космическое пространство только часть падающего на них солнечного излучения. Избыток излучения (светимости) Юпитера был обнаружен Ф. Лоу (США) в 1965 г. по наблюдениям в инфракрасной области (в интервале длин волн от 10 до 25 мкм). Вопрос о природе этого явления до сих пор остается открытым - его можно объяснить перераспределением энергии в спектре падающего излучения. Измерение энергии, излучаемой Юпитером в основном виде инфракрасной радиации, свидетельствует о том, что она превышает в 1,5 раза тепловую энергию, которую планета получает от Солнца. Это означает, что Юпитер имеет собственный источник тепла.
Оптический диапазон. В инфракрасной области спектра лежат линии молекул H2 и He, а также линии множества других элементов. Количество первых двух несёт информацию о происхождении планеты, а количественный и качественный состав остальных — о её внутренней эволюции. Однако молекулы водорода и гелия не имеют дипольного момента, а значит, абсорбционные линии этих элементов незаметны до того момента, пока поглощение за счёт ударной ионизации не станет доминировать. Это с одной стороны, с другой — эти линии образуются в самых верхних слоях атмосферы и не несут информацию о более глубоких слоях. Поэтому самые надёжные данные по обилию гелия и водорода на Юпитере получены со спускаемого аппарата «Галилео». Что же касается остальных элементов, то при их анализе и интерпретации тоже возникают трудности. Пока что нельзя с полной уверенностью сказать, какие процессы происходят в атмосфере Юпитера и насколько сильно они влияют на химический состав — как во внутренних областях, так и во внешних слоях. Это создаёт определённые трудности при более детальной интерпретации спектра. Однако считается, что все процессы, способные тем или иным образом влиять на обилие элементов, локальны и сильно ограничены, так что они не способны глобально изменить распределения вещества. Также Юпитер излучает (в основном в инфракрасной области спектра) на 60 % больше энергии, чем получает от Солнца.
2) Излучение Сатурна
С 2005 по 2009 г. Сатурн испускает все меньше и меньше тепла – такие выводы были сделаны учеными на основе наблюдений космического аппарата Cassini.
При этом южное полушарие Сатурна испускает заметно больше энергии, нежели северное. По крайней мере, к таким выводам можно прийти, анализируя данные, собранные зондом Voyager и продолжающей работу в системе Сатурна миссии Cassini. А если добавить сюда данные о солнечной активности за тот же период, возможно, ученым удастся, наконец, раскрыть внутренний источник тепла, подогревающий планету. Одна из загадок Сатурна – количество тепла, которое он выделяет, примерно вдвое превышающее поглощенную от Солнца энергию.
Планеты Солнечной системы теряют энергию, испуская излучение, в основном, в невидимых глазу областях спектра. В одной из них – инфракрасной – и работает бортовой спектрограф Cassini CIRS, позволяющий оценивать «тепловое» излучение. «Данные от спектрометра CIRS очень ценны, потому что они дают нам почти полное представление о Сатурне. Эта часть данных, которая дала так много информации об этой планете, и это первый случай, когда кто-нибудь смог изучить излучение, испускаемое одной из планет-гигантов в таких деталях». «Вообще в планетологии принято считать, что планеты выделяют тепло более-менее равномерно и постоянно во всех направлениях. Нам удалось показать, что к Сатурну это не относится».
В действительности тепловой поток от Сатурна как бы "однобокий", южное полушарие планеты испускает примерно на 1/6 больше энергии, чем северное, хотя разница эта может определяться местным сезоном. За время наблюдений, занявшее около 5 лет, в южной части Сатурна постоянно стояло лето, а в северной – зима (сезоны здесь длятся примерно 7 земных лет). Все происходит, примерно, как на Земле: в каждом полушарии эффективная температура, характеризующая уровень теплового изучения планеты, повышается или понижается, в зависимости от сезона. Так, северное полушарие за время наблюдений с 2005 по 2008 г. постоянно охлаждалось, а в 2009 г. начало понемногу нагреваться. Так как местное равноденствие произошло в августе 2009 г. «Эффективная температура дает нам простой способ, позволяющий отслеживать реакции в атмосфере Сатурна, как системы сезонных изменений».
Ученые надеются, что дальнейшее исследование, с учетом и солнечной активности, позволит заметить, насколько за изменения теплового излучения Сатурна ответственно Солнце, а насколько – некий внутренний источник энергии планеты. Как и другие гиганты, Юпитер и Нептун, Сатурн обладает каким-то пока в точности неустановленным «подогревателем» в недрах, и понять, что это может быть – радиоактивный распад или что иное – было бы очень и очень интересно.
3) Излучение Урана
Внутреннее тепло Урана значительно меньше, чем у других планет-гигантов Солнечной системы. Тепловой поток планеты очень низкий, и причина этого сейчас неизвестна. Нептун, схожий с Ураном размерами и составом, излучает в космос в 2,61 раза больше тепловой энергии, чем получает от Солнца. У Урана же избыток теплового излучения очень мал, если вообще есть. Тепловой поток от Урана равен 0,042 — 0,047 Вт /м², и эта величина меньше, чем у Земли (~0,075 Вт/м²)]. Измерения в дальней инфракрасной части спектра показали, что Уран излучает лишь 1,06 ± 0,08 % энергии от той, что получает от Солнца. Самая низкая температура, зарегистрированная в тропопаузе Урана, составляет 49 К (- 224 °C), что делает планету самой холодной из всех планет Солнечной системы — даже более холодной, чем Нептун.
Существуют две гипотезы, пытающиеся объяснить этот феномен. Первая из них утверждает, что предположительное столкновение протопланеты с Ураном во время формирования Солнечной системы, которое вызвало большой наклон его оси вращения, привело к рассеянию исходно имевшегося тепла. Вторая гипотеза гласит, что в верхних слоях Урана есть некая прослойка, препятствующая тому, чтобы тепло от ядра достигало верхних слоёв. Например, если соседние слои имеют различный состав, конвективный перенос тепла от ядра вверх может быть затруднён.
Отсутствие избыточного теплового излучения планеты значительно затрудняет определение температуры её недр, однако если предположить, что температурные условия внутри Урана близки к характерным для других планет-гигантов, то там возможно существование жидкой воды и, следовательно, Уран может входить в число планет Солнечной системы, где возможно существование жизни.
4) Излучение Нептуна
Нептун имеет очень сильный внутренний источник тепла, дающими столько же энергии, сколько её приходит от Солнца “Вояджер-2” зафиксировал сильное излучение тепла, составляющие треть от Солнечной энергии. В этом кроется причина различной активности атмосферы Нептуна и Урана. Тепло, вырабатываемое в недрах планеты, вызывает конвективные движения, а они, в свою очередь, формируют сильные ветры в атмосфере.
Избыточное тепловое излучение Нептуна объясняется тем, что алмазы погружаются в глубь жидкой мантии. При этом выделяется гравитационная энергия, которая и нагревает внутренности планеты.