Удивительно, но практически три десятка лет назад человечество не знало, какими бывают планеты, кроме тех, которые находятся в Солнечной системе. С открытием экзопланет знания в этой области расширились значительно, в том числе и о тех планетах, что вовсе не имеют твердой в нашем понимании поверхности. В нашей звездной системе таких четыре планеты. Юпитер и Сатурн – пара газовых гигантов, практически полностью состоящих из водорода и гелия. Уран и Нептун – ледяные гиганты, имеющие другой состав и структуру, однако у них также нет твердой поверхности. Сейчас мы расскажем, почему.
Небулярная гипотеза
По современному представлению чуть более четырех миллиардов лет назад на месте Солнечной системы существовало одно огромное газопылевое облако. Вероятно, оно было похоже на туманность Ориона. В какой-то момент с его небольшим участком произошел гравитационный коллапс, в котором возникла протозвезда, ставшая со временем нашим Солнцем. То, что осталось, стало вращающимся протопланетарным диском, в котором уже образовались планеты и другие тела Солнечной системы.
Этот сценарий называется Небулярной гипотезой, которую подтверждают не только компьютерные модели, но и наблюдения за формированием и развитием других звезд, а также изучение метеоритов и комет, материал которых со времен формирования системы остался практически неизменным. В процессе аккреции из более тяжелых элементов в самой жаркой области, что ближе к Солнцу, сформировались четыре землеподобные планеты. Но следом за ними идет Юпитер, который резко от них отличается.
Одна из существующих моделей показывает, что он сформировался изначально как твердое массивное ядро, и только потом притянул на себя из протопланетарного диска газ. Таким же образом и Сатурн мог сформироваться. По другой версии, в протопланетарном диске гравитация создала газопылевые сгустки, ставшие планетами, в глубине которых осели более тяжелые элементы, сформировавшие ядро.
Юпитерианская энергия
Космический аппарат в глубине газового гиганта не просуществовал бы долго. В тех экстремальных условиях его бы раздавило, расплавило и испарило. Возьмем, например, Юпитер. Первый его слой – это атмосфера. Газовые гиганты, как и все планеты, имеют атмосферу, только она очень тонкая. Например, среднее значение радиуса Юпитера примерно 70 тысяч километров, а слой облаков опускается вглубь только на несколько десятков километров.
Далее идет слой газообразной смеси водорода и гелия, которые плавно переходят в жидкое состояние по мере повышения с глубиной давления. В десятках тысяч километрах от атмосферы Юпитера давление настолько сильно, что водород становится жидко-металлическим. Это его экстремальная форма, и она вращается прямо внутри планеты, создавая мощнейшее магнитное поле. Под этим огромным океаном, предположительно существует твердое ядро.
Оно может состоять как из силикатов, так и из тех же водорода и гелия, сжатых неимоверным давлением. Температура внутри этого ядра в несколько раз выше, чем на солнечной поверхности (35 000°С – 50 000°С). Еще Юпитер имеет одну уникальную особенность: он излучает больше энергии, чем получает. Это связано с тем, что в результате оседания тяжелых элементов на ядро происходит радиоактивный распад и высвобождение энергии.
Ледяные гиганты
Сатурн по структуре похож на Юпитер. Интересно, что его средняя плотность ниже плотности воды. Часто приводят пример, что в гигантской ванне Сатурн бы плавал, как поплавок. Ученые, естественно, пытались изучить эти планеты непосредственно в их атмосфере. Так, аппарат «Галилео» (изучал Юпитер с 1995 по 2003 годы) имел специальный спускаемый зонд с защитой от высокой температуры и давления тепловым экраном.
Когда зонд на большой скорости вошел в атмосферу газового гиганта, его щит разогрелся до 15 000°С, он потерял 80 из 150 килограмм массы. Зонд отсоединился от щита и продолжил спуск в атмосферу с парашютом. Через час он спустился на 156 километров и связь с ним прервалась. К слову, «Галилео», отработавшему свой срок, отправили туда же.
Ледяные гиганты изучены меньше. Относящиеся к этому классу Уран и Нептун имеют в своем составе некоторое количество водорода и гелия, но в них есть и более тяжелые элементы: кислород, углерод, азот и сера. Большая часть всей их массы приходится на ядра, которые и площадь занимают более значительную. Металлизированного водорода в структуре ледяных гигантов тоже нет. Термин «ледяной гигант» появился в девяностых. Именно тогда ученые поняли, чем именно Уран и Нептун отличаются от Юпитера и Сатурна.
Температурное разделение
За пределами Солнечной системы есть и другие типы газовых гигантов. Давид Сударский выделил пять классов. К первому он отнес самые холодные, с температурой ниже -120°С и аммиачными облаками. Такие планеты вращаются вокруг относительно холодной звезды, либо далеко от светила. К ним можно отнести Юпитер и Сатурн.
Второй класс – это уже теплые планеты (-23°С) с водными облаками. Это, например, Ипсилон Андромеды d. В третьем классе газовые гиганты вовсе без облаков с температурой от 80°С до 530°С. Четвертый класс еще горячее, их температура выше 630°С. В их атмосфере есть монооксид углерода (угарный газ) и щелочные металлы (натрий, например).
К этому классу относится такой ярко-голубой газовый гигант, как HD 189733 A b. В пятый класс попали самые горячие с кремниевыми облаками из силикатов и железа. Их температура выше 1100°С, но может быть и холоднее, если их гравитация более низкая. Пример такого гиганта 51 Пегаса b, первая экзопланета, которую обнаружили у этой звезды.
❗️ Ставьте 👍 и подписывайтесь на наш канал!
Читайте также: