Планеты гиганты

Планеты гиганты, или внешние планеты расположены за пределами пояса астероидов. К ним относится Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун – это самые большие, после Солнца, объекты в нашей Солнечной системе.

В отличие от планет земной группы, имеющих твёрдую поверхность, эти планеты газовые гиганты, состоящие, главным образом, из водорода и гелия. Уран и Нептун содержат также метан и угарный газ. Огромные их размеры (например, экваториальный радиус Юпитера в 11,2 раза больше радиуса Земли) позволяют им иметь большое количество спутников, а также кольца. Состоят эти кольца из небольших камней разного размера и льда. Самые знаменитые кольца у Сатурна. В остальных планет гигантов они еле заметны.

Не стоит упускать из виду, что данные планеты обладают мощными атмосферами и быстрым вращением вокруг своих осей. Особенно это хорошо наблюдается у Юпитера.

Некоторые характеристики планет гигантов изложены в таблице ниже.

Юпитер

Юпитер – пятая по счёту планета, от Солнца, является самой большой планетой Солнечной системы. Масса Юпитера превышает массу всех остальных планет, вместе взятых, в 2,47 раз, и в 317 раз – земную массу. Сила тяжести на поверхности Юпитера (обычно, за его поверхность принимают верхний слой его же облаков) в 2,4 раза больше чем на Земле. Другими словами, любое тело, весом в 100 кг., на поверхности Юпитера будет весить 240 кг., по земным меркам. Ускорение свободного падения здесь равняется 24,79 м/с² (напомню, что на Земле g = 9,8 м/с²).

Химический состав внутренних слоёв планеты точно определить, с Земли, невозможно. Однако хорошо известен состав его атмосферы. В основном там преобладает молекулярный водород и гелий. В малой степени существуют и такие соединения, как вода, метан, сероводород, аммиак и фосфин. Наличие, в тропосфере, этих соединений говорит о том, что атмосфера Юпитера также богата углеродом, азотом, серой и, скорее всего, ещё и кислородом. В незначительных количествах присутствуют арсин AsH₃ (не путать с арсеном) и герман GeH₄.

Атмосфера Юпитера состоит из трёх слоев:

• внешний слой, состоит из водорода;
• средний слой – 90% водорода и 10% гелия;
• нижний слой, также состоит из водорода и гелия. Присутствуют примеси аммиака, гидросульфида аммония и воды.

Нижний слой атмосферы, в свою очередь, образует три слоя облаков:

• верхний слой – оледеневший аммиак образует облака, с температурой, около – 145ºС и давлением, приблизительно в 1 атмосферу;
• средний слой – облака из кристаллов гидросульфида аммония;
• нижний слой – водяной лёд, и возможно жидкая вода (скорее всего в виде мельчайших капель). Давление здесь, около 1 атм. и температура в – 130ºС. Ниже этого уровня планета непрозрачна.

Вероятнее всего, ниже облаков находиться слой металлического водорода, толщиной в 42—46 тыс. км. Температура этого слоя от 6300К до 21000К, а давление от 200 до 4000 ГПа. Ещё ниже находиться каменное ядро.

Условия в атмосфере Юпитера очень неблагоприятны. Только ветры там достигают скорости в 600км/ч. Главная достопримечательность Юпитера – это большое красное пятно. Это долгоживущий ураган, размером в 15×30 тысяч километров, притом, что диаметр Земли примерно 12,7 тыс. км! Не все планеты гиганты могут таким «похвастаться».

У Юпитера есть 67 естественных спутников. Самые знаменитые из них – Ганимед, Каллисто, Европа, Ио. Их ещё называют галилеевыми спутниками.

Сатурн

Жемчужина, среди планет гигантов. Сатурн знаменит своими кольцами, которые видны даже через любительский телескоп.

Масса Сатурна в 95 раз превышает массу Земли и его плотность даже меньше плотности воды – это единственная планета, в которой наблюдается такое явление. Ускорение свободного падения не намного отличается от земного, и составляет 10,44 м/с².

Верхний слой атмосферы Сатурна состоит из водорода (96,3%), 3,25% занимает гелий. Остальное приходиться на примеси аммиака, метана, этана, фосфина и других газов. Нижние части облаков состоят из гидросульфида аммония или воды.

В глубине атмосферы, по мере того, как растут давление и температура, водород переходит в жидкое состояние. А на глубине, примерно 30 тыс. км он металлизируется (давление там, около 3 млн. атм.). В центре планеты находиться массивное ядро, состоящие из силикатов, металлов, и, по некоторым предположением, льда. Температура ядра 11700 °C.

В атмосфере Сатурна дуют очень сильные ветра, скорость их достигает 500 км/с, что намного больше чем у Юпитера! Ветры здесь дуют, преимущественно, в восточном направлении и ослабевают при удалении от экватора, и в умеренных широтах ветер может поменяться с восточного на западный.

Сатурн имеет 62 естественных спутника. Крупнейшие из них – Титан, Мимас, Энцелад, Рея, Тефия, Диона и Япет.

Уран

Уран – седьмая планета Солнечной системы. Он тяжелее Земли в 14,6 раз и больше по размерам в 4 раза. Ускорение свободного падения составляет 8,87 м/с². Средняя плотность немного меньше, чем в Юпитера и, почти, в два раза больше чем в Сатурна.

Плоскость экватора наклонена к плоскости его орбиты на 97,86º. Он вращается «лёжа на боку, даже с чуть опущенной головой». Это уникальное явление в Солнечной системе. Вследствие чего на одном полюсе Урана ночь длится 42 земных года, а на противоположном полюсе 42 года – день. И наоборот. Только на экваторе, на узкой его части, происходит быстрая смена дня и ночи, и Солнце находиться очень низко над горизонтом.

Уран обладает самой холодной атмосферой, чем иные планеты гиганты. Температура там составляет – 224ºС.

Как и у других планет гигантов, атмосфера Урана состоит из молекулярного водорода и гелия и, в меньшей степени, из метана. Обнаружены следы присутствия этана, метилацетилена и диацетелена. Спектроскопия атмосферы Урана обнаружила в её составе следы водяного пара, углекислого и угарного газа. Предполагается, что в глубине атмосферы планеты должны существовать такие соединения как вода, сероводород и аммиак. Но до конца это предположение не доказано.

В центре Урана находиться каменное ядро, с радиусом около 20% от всего радиуса планеты. Плотность ядра достигает значения в 9 г/см³, давление в этой области должно достигать 800 ГПа., а температура равна 5000К. Выше ядра находиться ледяная мантия, занимающая 60% от общего радиуса. По большому счёту, «ледяная» - это громко сказано. Мантия Урана состоит из плотной и горячей жидкости, состоящей из смеси воды, аммиака и метана. Эту жидкость иногда называют «океаном водного аммиака».

Как и все планеты гиганты, Уран имеет большое число естественных спутников. Их у него 27. Крупнейшие из них – Миранда, Умбриэль, Оберон, Титания и Ариэль.

Нептун

Нептун – последняя планета Солнечной системы и самая маленькая в ряду планет гигантов. Он в 3,9 раза больше Земли и в 17,2 раза тяжелее.

Ускорение свободного падения на нём составляет 11,15 м/с². Температура на Нептуне меняется в зависимости от давления и варьирует от – 145ºС (давление 0,1бар.) до – 200ºС (1 бар.).

Атмосфера, в верхних её слоях, состоит из водорода (80%) и гелия (19%) и малой части метана. Свой лазурный цвет Нептун имеет за счёт поглощения, именно, метаном красных лучей спектра. Но содержание метана в верхних атмосферных слоях Нептуна и Урана практически одинаковые. Только вот у Урана, при наблюдениях, совсем другой, аквамариновый цвет. Все это говорит о присутствии, в атмосфере Нептуна ещё какого-то элемента. Какого же, пока остается загадкой.

Глубже, при давлении от 1 до 5 бар. формируются облака из сероводорода и аммиака. При давлении больше 5 бар. облака состоят из воды, сульфида аммония, аммиака и сероводорода. Ещё глубже, при достижении давления в 50 бар. температура будет равняться 0ºС могут существовать облака из водяного льда, хотя не исключено, что при этих условиях будут существовать сероводородные и аммиачные облака. В самых нижних слоях атмосферы обнаружены объёмные концентрации воды, аммиака и метана.

Внутренняя структура Нептуна такая же, как и у Урана. В центре находится ядро, состоящее из железа, никеля и силикатов, давление там достигает 10 ГПа. Мантия имеет температуру в 2000К-5000К, представляет собой перегретую жидкость из воды, аммиака, метана и других элементов. На глубине, где-то 7000 км. царят такие условия, что метан распадается на алмазные кусочки, которые оседают на ядре. По одной из гипотез там может существовать «океан алмазной жидкости».

Климат на Нептуне очень неспокойный, скорость ветра там может достигать 600 м/с! Большинство ветров на этой планете дуют в противоположную, от вращения самой планеты, сторону. Как и на Юпитере, на Нептуне тоже бушует огромный шторм – Большое тёмное пятно. Его размеры составляют 13000×6600 км.

Нептун имеет 14 природных спутников. Самые крупные из них это Тритон и Нереида.

Планеты гиганты нашей Солнечной системы это очень интереснейшая тема, которая требует дальнейшей разработки и новых открытий.