Біологія 

Які планети газові гіганти. Газові планети Сонячної системи – найбільші гіганти

Юпітер є самим цікавим об'єктом Сонячна система. Ця гігантська газова куля в тисячу разів більше Земліза обсягом і приблизно триста разів за масою. Швидше за все, він не має твердої поверхні. Будучи найпотужнішим тілом у нашій системі після Сонця, Юпітер надає на інші планети та астероїди найбільший вплив.

Будучи найяскравішим об'єктом на нічному небі після Місяця та Венери, Юпітер з давніх часів привертав до себе увагу людей. Багато культурах Юпітер ставав об'єктом релігійного поклоніння. У древніх арабів і євреїв до появи монотеїстичного світогляду Юпітер асоціювався із божеством удачі – Гадді. Китайський та індуїстський пантеони також мають божеств, пов'язаних з Юпітером. Власне, сама назва «Юпітер» означає верховне божество давньоримської міфології. Згідно з уявленнями астрологів, Юпітер є «королем планет» і символізує міць та удачу.

Але залишимо містику і розглянемо Юпітер з точки зору науки. Необхідно сказати, що мало яке небесне тіло викликало стільки ентузіазму у дослідників і відкривало таку велику кількість раніше невідомих і значних явищ, як Юпітер.

Власне Юпітер був першою планетою, у якої були виявлені супутники. Перші супутники планет (крім Місяця, зрозуміло) виявили Галілеєм на початку XVII століття; вони так і називаються «галілеєві супутники Юпітера». Надалі ці супутники спантеличували дослідників не менше, ніж сам Юпітер. Загалом у Юпітера майже 70 супутників – абсолютний рекорд у Сонячній системі; 14 з них були відкриті за допомогою спостережень із Землі, решта – завдяки використанню космічних апаратів.

Незважаючи на свої величезні розміри, Юпітер швидко обертається. За неповних 10 годин він здійснює повний оберт навколо своєї осі. Така величезна швидкістьобертання створює в атмосфері Юпітера колосальні вітри та шторми. У ній вирують урагани, блищать блискавки, і, можливо, йдуть дощі зі сконцентрованого газу, з якого і складається атмосфера. Масштаб штормів Юпітера такий, що розміри вихорів і циклонів перевищують у діаметрі розміри Землі, які час існування вимірюється не тижнями, як ми, а роками і десятиліттями.

Погодні явища в атмосфері Юпітера настільки грандіозні, що мають власні імена. Понад триста років у південній півкулі Юпітера спостерігається гігантський ураган – так звана Велика червона пляма. Його розміри у кілька разів перевищують розміри Землі. Крім цього урагану є кілька інших, з меншими розмірами. Один із них називається Мала червона пляма, інший – Білий овал. У всіх цих ураганах відбуваються розряди блискавок, які за потужністю в десятки тисяч разів перевищують земні.

Юпітер - єдина планета Сонячної системи, яка сама випромінює більше енергії, ніж отримує від Сонця. Жахлива сила гравітаційного стиску виділяє гігантську кількість тепла, а висока швидкість обертання, що призводить до наелектризованості атмосфери, створює навколо Юпітера потужну магнітосферу та радіаційні пояси. Абсолютно всі космічні апарати, що посилаються до Юпітера, отримали гігантські дози радіації, що в десятки разів перевищують смертельні дози для людини.

Серед вчених існує думка, що якби Юпітер у кілька десятків разів масивніший, він би став зіркою. У Всесвіті спостерігається безліч коричневих карликів, склад яких повторює склад Юпітера. Цілком можливо, що розподіли концентрація газопилової хмари, з якої сформувалася Сонячна система, трохи інакше, ми б мали не одне, а два Сонця на нашому небосхилі. Звичайно, в цьому випадку еволюція Землі і життя на ній могли б піти зовсім іншим шляхом.

Величезна маса Юпітера робить його головною причиною появи комет на нашому небосхилі. Гравітаційний вплив Юпітера «вириває» комети в галузі їх постійного проживання – так званої «Хмари Оорта»; комети прямують до Сонця, і не всі повертаються назад у Хмару. Деякі комети притягуються Сонцем і падають на нього, проте більшість із них закінчує свій шлях в атмосфері Юпітера.

Подібний сценарій ще 30 років тому здавався неймовірним, проте спостереження в 1994 році загибелі комети Шумейкера-Леві в атмосфері Юпітера стало першим доказом цієї теорії. Надалі за приблизно 20 років було зафіксовано близько п'яти випадків загибелі планет в атмосфері Юпітера. Таким чином, число знищених Юпітером комет за час його існування перевищує кілька мільйонів! І хто знає, можливо, поява на Землі води, і, відповідно, життя було викликано падінням на неї гігантської комети, вирваної Юпітером з її «сну» в Хмарі Оорта. Як тут не здивуватися прозорливості стародавніх, що дали Юпітеру ім'я верховного божества.

Кожен з чотирьох галілеєвих супутників Юпітера є унікальним явищем, що ніде в нашій системі не повторюється. На поверхні супутника Іо є безліч активних вулканів, виверження яких неодноразово спостерігалося з космічних апаратів, що досліджували околиці Юпітера. Європа повністю вкрита тонким шаром льоду, під яким розташовується гігантський океан, завглибшки близько сотні кілометрів. Ганімед є найбільшим супутником у Сонячній системі взагалі. А Каллісто має сильний магнітним полем, настільки сильним, що воно спотворює магнітне поле Юпітера на його околицях. Вчені всерйоз розглядають можливість примітивного життя в океанах, що знаходяться на Європі та Каллісто. Всі супутники Галілея завжди звернені до Юпітера однією і тією ж стороною, як Місяць звернена до Землі.

Юпітер завжди привертав увагу мешканців Землі. Практично всі дослідження Сонячної системи далі за Марсом обов'язково включали проліт космічних апаратів поблизу Юпітера: починаючи від апаратів серії «Піонер» і закінчуючи новітніми станціями програми «Нові рубежі». Кожна серія досліджень відкриває нові і нові межі пізнання, і хто знає, що буде відкрито найближчим часом…

Газові гіганти Сонячної системи, як і будь-який інший, здебільшого складаються з газів. Фізичні та хімічні характеристикиці планети настільки відрізняються від усього нашого оточення, що не можуть не викликати до себе інтерес навіть тих, хто дуже далекий від астрономії.

Газові гіганти

Відомо, що об'єкти нашої зіркою системи умовно поділені на дві групи: земну та газову. До другої відносяться планети, які не мають твердої оболонки. Наша зірка має чотири такі об'єкти:

  • Юпітер.
  • Сатурн.
  • Уран.
  • Нептун.

Газові гіганти Сонячної системи відрізняються невизначеністю меж між ядром, оболонкою та атмосферою планети. Власне, навіть впевненості у наявності ядра вчені не мають.

Згідно з найбільш імовірною системою виникнення нашого світу, газові гіганти Сонячної системи з'явилися набагато пізніше за планети. земної групи. Тиск у атмосфері велетнів зростає у міру поглиблення. Фахівці вважають, що ближче до центру планети воно настільки велике, що водень перетворюється на рідку форму.

Газові тіла обертаються навколо осі швидше, ніж тверді. Цікаво, що планети (газові гіганти) Сонячної системи виділяють більше тепла, ніж одержують від Світила. Цей феномен частково можна пояснити гравітаційною енергією, але походження частини, що залишилася, вченим до кінця не зовсім зрозуміло.

Юпітер

Найбільша планета Сонячної системи – газовий гігант Юпітер. Він настільки великий, що розглянути його можна навіть неозброєним оком – у нічному небі це об'єкт третій за яскравістю, більш помітні лише Місяць та Венера. Навіть у невеликий телескопможна розглянути диск Юпітера з чотирма точками супутниками.

Планета може похвалитися не лише найбільшими розмірами, а й найсильнішим магнітним полем – воно більше земного у 14 разів. Існує думка, що вона створена рухом у надрах гіганта. Радіовипромінювання планети настільки потужне, що ушкоджує будь-які апарати, що підходять близько. Незважаючи на гігантські обертається він швидше за всіх своїх побратимів за зірковою системою - повне звернення займає всього 10 годин. Зате його орбіта така велика, що обліт навколо Світила займає 12 земних років.

Юпітер – найближчий до нас газовий гігант, тому він найбільш вивчений серед планет своєї групи. Саме до цього тіла було спрямовано найбільше космічних апаратів. В даний час на орбіті знаходиться зонд «Юнона», який збирає інформацію про планету та її супутників. Корабель був запущений у 2011 році, у липні 2016 року він досяг орбіти планети. У серпні того ж року він підлетів на максимально близька відстань- Огинав Юпітер всього за 4200 км від його поверхні. У лютому 2018 планується затоплення апарату в атмосфері гіганта. На знімків цього процесу чекає весь світ.

Сатурн

Другий за величиною газовий гігант Сонячної системи – Сатурн. Ця планета вважається найзагадковішою завдяки своїм кільцям, про походження яких сперечаються вчені всього світу. Сьогодні відомо, що складаються вони з різних за розміром шматочків скельних порід, льоду та пилу. Є частинки з порошинкою, але є й об'єкти до кілометра в діаметрі. Цікаво, що ширини кілець могло б вистачити для того, щоб перейти по них від Землі до Місяця, тоді як їхня ширина всього близько кілометра.

Відбите світло цього об'єкта перевищує кількість, що відображається планетою. Навіть не надто потужного телескопа вистачить, щоб розглянути

Вчені з'ясували, що щільність планети вдвічі менша, ніж у води: якби була можливість занурити Сатурн у воду, він залишився б на плаву.

На гіганті дуже сильні вітри - на екваторі зафіксовані вихори середньою швидкістю 1800 км/год. Щоб приблизно уявити їх силу, слід порівняти їх із найпотужнішим торнадо, швидкість якого досягає 512 км/год. День Сатурна пролітає швидко – лише за 10 годин, 14 хвилин, тоді як рік триває 29 земних років.

Уран

Планета може похвалитися найхолоднішою в нашій Зоряна системаатмосферою – мінус 224 градуси. Вчені припускають наявність води на гіганті, що, у свою чергу, уможливлює існування життя.

Цікава особливість Урана - його екватор розташований поперек орбіти: планета наче лягла на бік. Таке становище робить унікальною зміну пір року. Полюси планети по 42 наші роки не бачать сонячного світла. Нескладно підрахувати, що повний оберт навколо Сонця Уран робить за 84 роки. Обертання навколо осі відбувається за 17 год. 14 хв., проте сильні вітри до 250 м/с (900 км/год) прискорюють деякі деталі атмосфери, змушуючи їх пробігти над планетою за 14 годин.

Раніше вважалося, що нахил планети змінився після зіткнення з великим об'єктом, проте сьогодні вчені схиляються до версії впливу сусідів за системою. Передбачається, що збили вісь Урану гравітаційні поля Сатурна, Юпітера та Нептуна.

Нептун

Ця планета найбільш віддалена від Сонця, тому більшість інформації про неї заснована на розрахунках та віддалених спостереженнях.

Рік на Нептуні дорівнює майже 165 земним рокам. Атмосфера настільки нестабільна, що екватор планети обертається навколо осі за 18 годин, полюси – за 12, магнітне поле – за 16,1.

Гравітація гіганта значно впливає на об'єкти, розташовані в поясі Койпера. Існують докази, що планета вивела з ладу кілька областей пояса, у результаті у його структурі з'явилися проміжки. Температура центру Нептуна сягає 7000 градусів – стільки ж, скільки й у більшості. відомих планетабо на поверхні Світила.

Газові гіганти Сонячної системи мають схожі характеристики, але все ж це зовсім відмінні один від одного об'єкти, кожен з яких заслуговує на те, щоб ми дізналися про них якомога більше.


1978

Газовими гігантами називаються планети, основна частина яких складається з газів різних видів. Цими газами є переважно водень та гелій. У меншій мірі можлива присутність аміаку та метану, а іноді азоту. Для таких планет характерні зазвичай низькі температури та високий тиск у атмосфері.

Основні особливості газових гігантів:

  1. Мають невелику густину. Таким чином, у них немає твердої поверхні у звичному для нас розумінні.
  2. Мають надзвичайно коротким періодомдобового обертання. Він становить приблизно від 9 до 17 години, що за земними мірками, дуже мало.
  3. Через швидке обертання, як правило, стиснуті або плескаті в області полюсів.
  4. Добре розсіюють сонячне проміння.

Будова газових гігантів

Структура газових планет складається з кількох шарів:

  • газоподібний (представлений у вигляді хмар);
  • рідкого газу, що виникає з високого тиску;
  • металевого газу (тут виникає електромагнітне поле);
  • невеликого ядра, яке може бути металевим чи кам'яним.

Для газових планет характерна присутність у атмосферах сильних вітрів, що сягають тисячі кілометрів. А також стійких гігантських вихорів, які існують не одну сотню років.

За сучасними даними, більшість планет, що знаходяться поза нашою сонячною системою, тобто екзопланет, є газовими. У нашій галактиці зараз їх налічується близько ста мільярдів.

Газові гіганти сонячної системи

Всі планети нашої сонячної системи прийнято ділити на дві частини: зовнішні та внутрішні. Газові гіганти представлені групою, яку називають «зовнішні планети». До неї входять Нептун, Уран, Сатурн та Юпітер. Вони знаходяться далі від Сонця, ніж інші – внутрішні планети та відокремлені від них поясом з астероїдів.

Зовнішні планети мають сукупність загальних відмітних ознак:

  1. Значною віддаленістю від Сонця.
  2. Наявність сильних магнітних полів.
  3. Величезними розмірами та масою.
  4. Присутність навколо планети безліч супутників.
  5. Низькі температури.
  6. Наявністю кільцевих систем, що оперізують планету.

Найбільшою із зовнішніх планет є Юпітер. Вона є п'ятою на відстані від Сонця. Має атмосферу, що складається переважно з водню і на одинадцять відсотків з гелію. Наявність у ній сірки та фосфору надає гарний помаранчевий колір зовнішньому виглядупланети. У нижчих шарах знаходиться океан, наповнений рідким воднем.

Тут присутні класичні ознаки газових планет: сильні вітри та тривалі (до трьохсот років існування) вихори. Найбільш гігантським з останніх є Велика Червона пляма. Його розміри у кілька разів перевершують земні.

Планета має потужне магнітне поле в 650 мільйонів кілометрів. У його зоні обертається двадцять вісім супутників.

Наступний газовий гігант зовнішньої системи – це Сатурн. Планета є другою за розмірами у нашій сонячній системі. Час її обертання дуже короткий – трохи більше 10 годин. За розмірами вона трохи поступається Юпітеру. А ось по масі – утричі.

До складу Сатурна входить переважно водень, в невеликій мірі присутні гелій аміак, метан та залишки води.

Знамените кільце Сатурна, що оточують його в районі екватора, не є єдиним цілим. Його зовнішні шари обертаються навколо планети зі значно меншою швидкістю, ніж внутрішні. За своєю структурою вони складаються з найдрібніших частинок льоду з додаванням силікатного пилу. По ширині вони можуть сягати вісімдесяти тисяч кілометрів. Товщина кілець набагато менше - не більше одного кілометра.

Протяжність року на Сатурні більша за земну в 29, 5 рази. Під час річного циклу вид кілець небесного тіла із Землі сильно відрізняється.

Для періоду рівнодення характерне припинення можливості їх спостереження. Тобто вони практично перестають бути видимими з нашої планети, крім невеликої лінії. Після цього, протягом семи літнього терміну, кільця стають все більшими і більшими видимими в ширину і досягають максимальних візуальних розмірів, коли відбувається сонцестояння. Потім цикл повторюється.

Сатурн має шістдесят два супутники. Склад їх представлений кам'яними породами та льодом, а розміри, як правило, невеликі. Один з його супутників - Титан, який отримав своє найменування за максимальні, в порівнянні з іншими, розміри, має щільну атмосферу, що складається переважно з азоту з додаванням метану. Вчені припускають, що такі умови могли існувати на Землі в період появи на ній життя.

Планетою, що йде за Сатурном, є Уран. Відкрита у XVII столітті, вона є четвертою за масою у сонячній системі.

Рік на Урані в 84 рази більший за земний, а обертання навколо своєї осі вона здійснює всього за сімнадцять годин. У складі Урану, на відміну більшості інших планет крім Нептуна, вчені не виявили металевого водню. Однак там було виявлено великий відсоток льоду. Тому планета, так само як і Нептун, була віднесена до крижаних гігантів.

У її воднево-гелієвій атмосфері було знайдено домішки метану, аміаку та водню.

Уран є самою холодною планетоюСонячної системи. З температурою 224 градуси за Цельсієм він не придатний для життя.

Безперечною є наявність слабо виражених кілець на Урані. При цьому яскравіше забарвлення мають зовнішні кільцеві утворення.

Особливістю Урана є його властивість обертання в горизонтальному положенні, ніби лежачи на боці. Двадцять сім супутників планети носять імена героїв творів У. Шекспіра та А. Поупа.

Останнім і найменшим із зовнішніх газових гігантів є Нептун. Не видимий із Землі, він має унікальну історію відкриття, тому що був уперше виявлений не візуально, а за допомогою математичних розрахунків. Причиною цього стали зміни в орбіті Урана і припущення, що вони викликані впливом гравітації невідомої планети.

За складом Нептун подібний до Урану. Це змусило вчених віднести його до крижаних гігантів. Поверхня планети є океаном з води і зріджених газів. Один рік на планеті відповідає приблизно 165 земним. Доба триває близько 16 години.

За рахунок внутрішнього джерела енергії Нептуна на ньому виникають найсильніші в Сонячній системі вітри. Вони можуть досягати 2100 кілометрів на годину. Для атмосфери планети характерні стійкі шторми, що тривають кілька місяців.

На Нептуні були відкриті слабо виражені обручки з червонуватим відтінком. Передбачається, що його надає наявність у їхньому складі, народу з льодом та силікатом, вуглецю.

Нептун має сильне магнітне поле, протяжністю 650 тисяч кілометрів. Але, на відміну Землі, його орбіта відхилена від осі обертання самої планети на 47 градусів.

З чотирнадцяти супутників Нептуна найбільшим є Тритон.

В даний час серед вчених також існує теорія, що в нашій сонячній системі існувала ще одна планета, яка була газовим гігантом. Але під впливом гравітації Юпітера їй довелося з області тяжіння Сонця.

Найбільший газовий гігант

У початку XXIстоліття була виявлена ​​найбільша планета Всесвіту, що є водночас і газовим гігантом. Їй надали назву TrES-4. Вона знаходиться у сузір'ї Геркулеса, на відстані 1600 світлових років від нашої планети. Небесне тілоу двадцять разів більше за Землю. У діаметрі воно у 1,7 раза перевищує Юпітер, але за масою лише у три. Доба на TrES-4 дорівнює трьом із половиною земним.

Через близькість до материнської зірки температура на планеті є надзвичайно високою і досягає приблизно 1260 градусів. Тому, а також через невелику масу, вона постійно розширюється. TrES-4 не може стримати атмосферу. Частина її постійно випаровується, перетворюючись на хвіст, на кшталт тих, що супроводжують комету.

У нашій Сонячній системі є два типи планет. Це планети земної групи та газові гіганти.

Планети першого типу (Меркурій, Венера, Земля та Марс) – це внутрішні планети і розташовані ближче до Сонця. Вони майже повністю складаються з твердих кам'янистих порід і можуть володіти невеликим співвідношенням до їх маси вмістом газів і атмосфери, володіють невеликими в порівнянні з газовими планетами масою і розмірами.

Газові планети(Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун) складаються переважно з газів і мають набагато більшу масу і розмір. Важко сказати, де саме закінчується атмосфера і починається сама планета. Передбачається, що всередині кожного гіганта знаходиться тверде кам'янисте – металеве ядро.

Кожна планета має низку дивовижних і водночас унікальних особливостей, з якими пропоную Вам ознайомитись прямо зараз. Отже – поїхали!

Юпітер: сила тяжіння та легкі гази.

Сьогодні не існує технічних можливостей досліджувати будову Юпітера: занадто велика ця планета, занадто сильна її гравітація, занадто щільна і неспокійна атмосфера. Втім, де тут закінчується атмосфера і починається сама планета, сказати важко: цей газовий гігант, по суті, не має чітких внутрішніх кордонів.

За існуючими теоріями, в центрі Юпітера є тверде ядро ​​по масі в 10-15 разів більше і в півтора рази більше за розмірами. Втім, на тлі планети-велетня (маса Юпітера більше за масу всіх інших планет Сонячної системи разом узятих) ця величина зовсім незначна. Взагалі ж складається на 90% зі звичайного водню, а на 10%, що залишилися, - з гелію, з деякою кількістю простих вуглеводнів, азоту, сірки, кисню. Але не варто думати, що через це структура газового гіганта «проста».

При колосальному тиску та температурі водень (а за деякими даними, і гелій) тут повинен існувати, в основному, у незвичайній металевій формі – цей шар, можливо, тягнеться на глибину 40-50 тис. км. Тут електрон відривається від протона і починає поводитися вільно, як у металах. Такий рідкий металевий водень є відмінним провідником і створює на планеті виключно потужне магнітне поле.

Сатурн: система, що саморозігрівається.

Незважаючи на всі зовнішні відмінності, відсутність знаменитої Червоної плями та наявність ще більш знаменитих кілець, Сатурн дуже схожий на сусідній Юпітер. Він складається з водню на 75% і на 25% з гелію, зі слідовою кількістю води, метану, аміаку і твердих речовин, в основному зосереджених у гарячому ядрі. Як і на Юпітері, тут є товстий шар металевого водню, що створює потужне магнітне поле.

Мабуть, головною відмінністю двох газових гігантів є теплі надра Сатурна: процеси в глибині постачають планеті вже більше енергії, ніж сонячне випромінювання – він випромінює в 2,5 рази більше енергії сам, ніж отримує від .

Цих процесів, мабуть, два (зазначимо, що і на Юпітері вони також працюють, просто на Сатурні мають більше значення) – радіоактивний розпад та механізм Кельвіна – Гельмгольця. Роботу цього механізму можна уявити досить легко: планета охолоджується, тиск у ній падає, і вона трохи стискається, а стиск створює додаткове тепло. Втім, не можна виключати і наявність інших ефектів, що створюють енергію у надрах Сатурна.

Уран: лід та камінь.

А ось на Урані внутрішнього тепла явно недостатньо, причому настільки, що це досі вимагає спеціального пояснення та спантеличує вчених. Навіть Нептун, на Уран дуже схожий, випромінює тепло в рази більше, Уран мало того, що отримує від Сонця зовсім небагато, так і віддає близько 1% цієї енергії. Це сама холодна планета, температура тут може падати до 50 Кельвін (-223 за Цельсієм).

Вважається, що основна маса Урану припадає на суміш льодів – водного, метанового та аміачного. Вдесятеро менше за масою тут водню з гелієм, і ще менше твердих порід, швидше за все, зосереджених у порівняно невеликому кам'яному ядрі. Основна частка посідає крижану мантію. Щоправда, цей лід – не зовсім та субстанція, до якої ми звикли, вона текуча і щільна.

Це означає, що крижаний гігант теж не має жодної твердої поверхні: газоподібна, що складається з водню і гелію атмосфера без явного кордону переходить у рідкі верхні шари самої планети.

Нептун: діамантові дощі.

Як і в Урана, атмосфера особливо помітна, вона становить 10-20% всієї маси планети і тягнеться на 10-20% відстані до ядра в її центрі. Складається вона з водню, гелію та метану, який надає планеті блакитнуватого кольору. Опускаючись крізь неї вглиб, ми помітимо, як атмосфера поступово ущільнюється, повільно переходячи в рідку та гарячу мантію.

Мантія Нептуна в десяток разів важча за всю нашу Землю і багата аміаком, водою, метаном. Вона дійсно гаряча – температура може досягати тисяч градусів – але традиційно речовину цю називають крижаною, а Нептун, як і Уран, відносять до крижаних гігантів.

Існує гіпотеза, згідно з якою ближчий до ядра тиск і температура досягають такої величини, що метан «розсипається» та «спресовується» в кристали алмазів, які на глибині нижче 7000 км утворюють океан «алмазної рідини», що проливається «дощами» на ядро ​​планети. Залізно-нікелеве ядро ​​Нептуна багате силікатами і лише трохи більше земного, хоча тиск у центральних областях гіганта набагато вищий.