Планеты-гиганты

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от , проверенной 26 декабря 2020; проверки требуют .

Планеты-гиганты — любые массивные планеты. Обычно они состоят из веществ с низкой температурой кипения (газов или льдов), а не из камня или другого твердого вещества, но также могут существовать массивные твёрдые планеты. В Солнечной системе есть четыре известные планеты-гиганта: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, расположенные за пределами пояса астероидов. Много экзопланет было обнаружено на орбитах других звёзд.

Планеты-гиганты иногда называют газовыми гигантами. Тем не менее, многие астрономы применяют последний термин только к Юпитеру и Сатурну, классифицируя Уран и Нептун, которые имеют различные составы, как ледяных гигантов.[1] Оба названия могут вводить в заблуждение: все планеты-гиганты состоят в основном из вещества, которое не находится в четко газовой и жидкой форме. Основными компонентами являются водород и гелий в случае Юпитера и Сатурна, и вода, аммиак и метан в случае Урана и Нептуна.

Определяющие различия между коричневыми карликами с малой массой и газовыми гигантами (~13 MJ) обсуждаются.[2] Часть дебатов касается того, могут ли «коричневые карлики» по определению запустить термоядерную реакцию в какой-то момент своей истории.

В отличие от каменных планет земной группы, все они являются , обладают значительно большими размерами и массами (вследствие чего давление в их недрах значительно выше), более низкой средней плотностью (близкой к средней Солнечной, 1,4 г/см³), мощными атмосферами, быстрым вращением, а также кольцами (в то время как у планет земной группы таковых нет) и бо́льшим количеством спутников. Почти все эти характеристики убывают от Юпитера к Нептуну.

Юпитер обладает массой в 318 раз больше земной, и в 2,5 раза массивнее[3] всех остальных планет, вместе взятых. Он состоит главным образом из водорода и гелия. Высокая внутренняя температура Юпитера вызывает множество долгоживущих вихревых структур в его атмосфере, таких как полосы облаков и Большое красное пятно.

У Юпитера имеется 79 спутников. Четыре крупнейших — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — схожи с планетами земной группы такими явлениями, как вулканическая активность и внутренний нагрев. Ганимед, крупнейший спутник в Солнечной системе, превосходит по размеру планету Меркурий.

Сатурн, известный своей обширной системой колец, имеет несколько схожие с Юпитером структуру атмосферы и магнитосферы. Хотя объём Сатурна составляет 60 % юпитерианского, масса (95 масс Земли) — меньше трети юпитерианской; таким образом, Сатурн — наименее плотная планета Солнечной системы (его средняя плотность меньше плотности воды).

У Сатурна имеется 82 подтверждённых спутника; два из них — Титан и Энцелад — проявляют признаки геологической активности. Активность эта, однако, не схожа с земной, поскольку в значительной степени обусловлена активностью льда. Титан, превосходящий размерами Меркурий, — единственный спутник в Солнечной системе с плотной атмосферой, а также единственное небесное тело в Солнечной системе кроме Земли с доказанным стабильным существованием жидкости на поверхности.

Уран с массой в 14 раз больше, чем у Земли, является самой лёгкой из внешних планет. Уникальным среди других планет его делает то, что он вращается «лёжа на боку»: наклон оси его вращения к плоскости эклиптики равен примерно 98°. Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран больше похож на катящийся шар. Он имеет намного более холодное ядро, чем другие газовые гиганты, и излучает в космос очень мало тепла.

У Урана открыты 27 спутников; крупнейшие — Титания, Оберон, Умбриэль, Ариэль и Миранда.

Нептун, хотя и немного меньше Урана, более массивен (17 масс Земли) и поэтому более плотный (по средней плотности превосходит все остальные планеты-гиганты). Он излучает больше внутреннего тепла, но не так много, как Юпитер или Сатурн[4].

У Нептуна имеется 14 известных спутников. Крупнейший — Тритон, является геологически активным, с гейзерами жидкого азота. Тритон — единственный крупный спутник, движущийся в обратном направлении; считается захваченным из Пояса Койпера. Также Нептун имеет несколько троянских астероидов, которые находятся с ним в резонансе 1:1.

В 2011 году учёными была предложена модель, исходя из которой после образования Солнечной системы примерно ещё 600 млн лет существовала гипотетическая пятая планета-гигант размером с Уран. Впоследствии, во время миграции крупных планет на их нынешнюю позицию, эта планета должна была быть либо выброшена из Солнечной системы (став планетой-сиротой), либо перейти на её далёкие окраины (став гипотетической планетой Тюхе или другой «Планетой X» в облаке Оорта), чтобы планеты могли занять их нынешние орбиты, не выбросив при этом ныне существующие Уран или Нептун или не вызвав столкновение Земли с Венерой или с Марсом[5][6].

В начале 2016 года американские астрономы Майкл Браун и Константин Батыгин опубликовали работу[7], объясняющую необычное положение орбит обособленных транснептуновых объектов. Она предполагает существование газового гиганта с массой примерно равной 10 M и удалённой от Солнца в среднем на 700 а.е. При моделировании условий формирования, было предположено, что Девятая планета имеет радиус примерно равный 3,7 R[8].

Д. Матис впервые предложил существование планеты Тюхе (Тихея) в 1999 году, основываясь на полученном смещении в точках происхождения долгопериодических комет. Вместо распространённого мнения о том, что кометы прибывают из случайных точек на небе, Матис пришёл к выводу, что они были на самом деле объединены в группы по наклону эклиптики и кометы исходят из облака Оорта. Такие кластеры могут быть объяснены результатом взаимодействия с невидимым объектом, по меньшей мере таким как Юпитер.

Существуют другие теории о неизвестном газовом гиганте, но они, как например, теория о гипотетической планете Нибиру, не являются научными и не основываются на проверяемых данных. Также существенно уменьшают количество предполагаемых планет работы космического телескопа WISE, которые ограничили альбедо предполагаемых планет в зависимости от расстояния до Солнца.