Газовые гиганты Солнечной системы

Мы с детства знаем о существовании восьми, а до недавнего времени — девяти планет в Солнечной системе, пока светила науки не разжаловали Плутон. На одной из этих восьми планет всем нам посчастливилось побывать.

Земля и планеты земной группы относительно хорошо изучены. Но если взять всю массу вещества, из которого состоят планеты нашей Солнечной системы, 99% приходится на долю так называемых газовых гигантов. Так что же известно об этих 99%?

Общее представление

Большая часть вещества, из которого состоят газовые гиганты – аммиак, метан, гелий и водород. Плотность таких планет невысока, в некоторых случаях даже меньше, чем у воды. В Солнечной системе их четыре – Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Согласно существующей научной теории об образовании Солнечной системы, сначала из металлов и силикатов образовались внутренние планеты земной группы, а затем оставшееся вещество ушло на образование гигантов. Как уже говорилось, этого оставшегося вещества по массе оказалось подавляющее большинство.

По строению газовые гиганты многослойны. Атмосфера их на определённой глубине подвергается давлению, достаточному для того, чтобы водород из газового агрегатного состояния перешёл в жидкое. При больших размерах планеты, ближе к её центру водород переходит в металлическое состояние. Он становится проводником, в нём начинается движение электрического тока, и за счёт достаточно быстрого вращения планеты вокруг своей оси у неё образуется магнитное поле.

Все газовые гиганты солнечной системы имеют кольца, как у Сатурна – вопрос только в их заметности с Земли. Помимо колец, этот тип планет, как правило, окружён большим количеством естественных спутников, некоторые из которых по размерам и массе сопоставимы с Меркурием. Часть спутников имеют собственное, довольно сильное магнитное поле и атмосферу.

Маленьких газовых планет существовать не может, поскольку для удержания водорода необходима большая гравитационная сила.

Юпитер

Рекордсмен по размерам среди планет нашей системы, и по удалению от Солнца на пятом месте. На его долю приходится около 71% всей планетарной массы. Увеличив массу Юпитера в 75 раз, мы получили бы не одну, а две звезды – желтый и коричневый карлики.

Диаметром Юпитер превосходит Землю в 11,2 раза, а массой в каких-то 318. От Солнца удалён примерно впятеро больше, чем Земля. Атмосферная оболочка представлена тремя слоями – водородным, водородно-гелиевым и в нижней прослойке появляются примеси аммиака, воды и гидросульфида аммония. Ниже атмосферного слоя находится водород в металлическом состоянии, находящийся под давлением в 200–4000 ГПа. Толщина этой прослойки составляет от 42 до 46 тысяч километров. Температура его постепенно повышается ближе к ядру от 6300 до 21 тыс. К, то есть сопоставима с жаром на поверхности Солнца и даже выше.

В середине находится каменное ядро. По массе оно превосходит Землю в 10 раз, диаметром в полтора раза. Количество энергии, выделяемой Юпитером в космическое пространство, значительно больше того, что попадает на него от Солнца.

Ветра на поверхности планеты могут достигать 600 км/ч. Обусловлены они не получаемой им солнечной энергией, а излучением собственного тепла, а также за счёт быстрого осевого вращения Юпитера.

С 1664 года Робертом Гуком на поверхности Юпитера была обнаружена неутихающая буря, получившая название Большого красного пятна. Размеры её таковы, что она поглотила бы две-три наших планеты. Для сравнения – Земля в диаметре 12,7 тыс. км, тогда как размеры Большого красного пятна – 15 на 30 тысяч километров.

Юпитер обладает мощными радиационными поясами. Так, исследовательский зонд «Галилео», приближаясь к нему, был облучён дозой, в 25 раз превышающей смертельную для человека. Обладает солидным количеством (79 известных) естественных спутников. Самыми крупными являются Каллисто, Ганимед, Европа и Ио, открытые Галилеем в 1610 году. Большинство названий заимствовано у мифических персонажей, имеющих непосредственное отношение к верховному божеству Олимпа – Зевсу, или Юпитеру в римской традиции.

Сатурн

Носит, по традиции имя божества римского пантеона, посвящённого земледелию. Сатурн расположен от солнца шестым, следом за Юпитером. Массой значительно ему уступает (в 3,34 раза) и незначительно меньше по диаметру (около 20%). Достопримечательность планеты – кольца, вращающиеся вокруг неё по орбите.

Состоит Сатурн по большей части из водорода, гелия, метана, воды и небольшого количества примесей из тяжёлых элементов. Ядро представляет собой железо-никелевый сплав, относительно небольшое и окружённое тонким слоем водорода в металлическом состоянии и атмосферой. Ветры на Сатурне достигают по скорости поистине чудовищных скоростей – до 1800 км/ч. Чтобы было с чем сравнивать, на Земле рекордная скорость ветра была зафиксирована в США, штат Оклахома и составила 512 км/ч.

Сатурн обладает мощным магнитным полем, слабее, чем у Юпитера, но сильнее, нежели у Земли. Кольца у планеты состоят изо льда и грязи, и хорошо заметны даже в относительно простенький телескоп. В зависимости от взаимного расположения планет, их с Земли можно наблюдать и как хорошо заметные кольца, и как еле видную полоску, если они расположены ребром относительно Земли.

Система спутников представлена 62 известными во главе с самым большим, Титаном, уступающим по размерам только Ганимеду, вращающемуся вокруг Юпитера. У Титана есть своё магнитное поле, плотная атмосфера и метановые озёра. О нём можно говорить долго, поскольку кроме Земли, только на нём обнаружено вещество, находящееся в жидком состоянии.

Сатурн – единственный среди восьми планет с плотностью меньшей, чем у воды – 0,687 г/см³. Этим и обусловлена большая разница с Юпитером в массе и небольшая – в диаметре. Удаление от Солнца – порядка 9,54 астрономических единиц, в девять с половиной раз удаленнее Земли.

Уран

Был открыт Уильямом Гершелем в 1781 году. Получил своё название в честь древнегреческого божества неба Урана. Диаметром уступает лишь Юпитеру и Сатурну, по массе – четвёртая среди планет, отдав третье место более плотному Нептуну, имеющему похожее строение.

Уран и Нептун, хотя и числятся в классе газовых гигантов, относятся к несколько иной подгруппе. В их составе нет металлического водорода, а большинство объёма это лёд, находящийся под огромным давлением и под действием высоких температур. Это обусловило название подгруппы – ледяные гиганты.

В состав атмосферы Урана входят преимущественно гелий и водород, с примесями аммиака. Над планетой есть завеса облаков из смеси аммиака в твёрдом состоянии, льда и водорода.

Погода на Уране, мягко говоря, прохладная – около 49 кельвинов или минус 224 по Цельсию. Это антирекорд для планет Солнечной системы. Ветра на поверхности достигают 900 км/ч, ну да этим нас, после Сатурна, удивить сложно.

Как и подобает газовому гиганту, Уран имеет кольца и систему спутников, из которых на сегодня известно 27. Что примечательно, все они носят имена персонажей из произведений Шекспира и Поупа – Ариэль, Умбриэль, Титания, Оберон и так далее.

Ось вращения Урана как бы завалена набок, в результате чего он оказывается повёрнут к Солнцу то экватором, то северным, то южным полюсами. Дальность от Солнца – 19,22 астрономических единицы.

Нептун

Самая дальняя от Солнца планета – около 30 а. е.! Уступив Урану в диаметре, превосходит его по массе. Первая из планет, открытая в 1846 году не при помощи телескопа, а благодаря математическим расчётам гравитационного взаимодействия Урана с неизвестным до той поры небесным телом. Затем теоретические расчёты подтвердились реальным обнаружением планеты вместе со спутником Тритоном.

До конца XX века о ещё тринадцати спутниках Нептуна было ничего не известно, пока их не обнаружил в 1989 году пролетавший мимо планеты зонд «Вояджер-2».

По составу Нептун схож с вышеописанным Ураном, синий цвет атмосфере планеты придаёт содержащееся в её внешнем слое заметное количество метана. По скорости ветра в атмосфере Нептун – абсолютный рекордсмен среди планет Солнечной системы, она достигает 900 м/с, или 3240 км/ч!

Температура на поверхности – около минус 220 градусов, не жарко. Ближе к ядру, правда, немножко теплее – до семи тысяч градусов.

Помимо перечисленных четырёх планет, на сегодня открыто большое количество экзопланет, относящихся к классу газовых гигантов – значительно больше, нежели земной группы. Судить о том, каких планет во Вселенной больше, на основе этих данных нельзя. Значительно проще засечь в телескоп массивное и крупное небесное тело, чем маленькое и лёгкое. А газовые гиганты больше и массивнее небесных тел землеподобного класса.