Газовые гиганты почему далеко от солнца

Когда планеты-гиганты сбежали от Солнца? Новое исследование

Газовые гиганты Солнечной системы и наглядное сравнение с Землей (в центре)

Современная Солнечная система кажется относительно упорядоченным местом. Планеты мирно дрейфуют по привычным орбитам, будто находились на них во все времена. Однако если мы отмотаем время на 4.5 млрд. лет назад, то окажемся в хаотичном месте. Кометы и астероиды врезаются во внутреннюю систему, а гиганты стараются убраться подальше от Солнца.

Да, важно понимать, что газовые гиганты изначально должны были появиться поближе к Солнцу. По крайней мере, изучение экзопланет подталкивает нас к этому выводу (именно возле звезд находят планеты типа Юпитера).

Поэтому исследователи пришли к феномену «миграции планет-гигантов». Речь идет об эволюционном этапе Солнечной системы, когда самые большие планеты (по пока неясным причинам) начали отдаляться от звезды.

Художественная интерпретация экзопланеты WASP-121b, которая является представителем планет типа горячий Юпитер, но расположена слишком близко к родительской звезде

Используя анализ образцов астероидов и прочие источники, исследователи сумели определить дату этого события. Теперь считается, что миграция произошла 4.48 млрд. лет назад, что намного раньше, чем предполагалось. Это важное исследование, ведь позволит в будущем уточнить время, когда на нашей планете могла возникнуть жизнь.

Дискуссия началась еще с изучения лунных образцов, собранных астронавтами миссии Аполлон. Дело в том, что многие из них по возрасту достигали всего 3.9 млрд. лет, что на сотни миллионов лет моложе самой Луны. Как объяснить это отличие? Возникло предположение, что в этот период спутник и Земля получили множество ударов от астероидов и комет. Но не все согласились с теорией.

Оказывается, добытые образцы не могут точно описывать всю ситуацию на Луне. Практически все камни были взяты из одного бассейна, появившегося после крупного удара 3.9 млрд. лет назад. Чтобы исключить предвзятость, ученые решили проанализировать базу данных метеоритов, упавших на Землю.

Астронавт Харрисон Шмитт собирает лунные образцы во время первого выхода в миссии Аполлон-17.

Анализ показал, что записи столкновений датируются около 4.5 млрд. лет назад. А значит, в Солнечной системе должна была происходить мощнейшая атака астероидами и кометами. Такие сильные удары могут расплавить породы и по-разному сбрасывать их радиоактивный возраст.

Что же спровоцировало такую активность столкновений? Исследователи считают, что причиной стала миграция планет-гигантов, которые изначально находились ближе к звезде и друг к другу. Далее подключили компьютерные симуляции и показали, что эти объекты начали перемещаться к своим теперешним позициям около 4.48 млрд. лет назад.

В процессе движения многие мусорные осколки атаковали Землю, Луну и внутренние планеты. Ученые все еще не могут точно сказать, почему планеты-гиганты начали мигрировать. Однако новая дата позволяет уточнить момент, когда жизнь на Земле могла появиться и эволюционировать. Некоторые считают, что наш мир был относительно безопасным, чтобы поддерживать первобытные формы жизни еще 4.4 млрд. лет назад.

Источник

Газовые гиганты

Внешние планеты в нашей системе: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Пропорции размеров соблюдены

Планеты в нашей Солнечной системе делят на внутренние и внешние. Те, что расположены ближе к звезде, именуют планетами земного типа. Они наполнены силикатными минералами и металлом. Но за чертой астероидного пояса проживают их оппоненты – газовые гиганты.

Всего их четверо, и они также обладают своими отличиями. С запуском зондов нам удалось изучить их получше и узнать много интересной информации.

Определение газовых гигантов

Газовым гигантом называют планету, представленную водородом и гелием. Впервые наименование использовал Джеймс Блиш в 1952 году. Он был писателем-фантастом и этот термин не совсем соответствует реальности, потому что элементы в газовых гигантах на глубине трансформируются в жидкое или твердое состояние.

Газовые гиганты

У газовых гигантов наблюдается меньшая концентрация металла и силикатов в ядрах. Но этот термин прочно закрепился и сейчас используется как официальный. Параллельно появилось название «ледяные гиганты» для Урана и Нептуна, которые обладают большим количеством летучих веществ.

Классификация газовых гигантов

Существует 5 разновидностей, базирующихся на схеме Дэвида Сударки.

• I – аммиачные облака. Сюда входят планеты, расположенные во внешней области системы (за пределом линии льда). Это дистанция, где летучие вещества конденсируются в твердые ледяные зерна.
• II – водные облака. Обладают средними температурными показателями (-23°С), поэтому слишком нагреты для создания аммиачного облачного покрова. Вода сильнее отражает, так что наделены более высоким показателем альбедо.
• III – безоблачные. Температура поднимается к 80°С-530°С, поэтому лишены облачного покрова (нет достаточного количества химических веществ). Наделены низким альбедо и кажутся расплывчатыми голубыми шарами, так как метан поглощает красные длины волн.
• IV – щелочные металлы. Нагреваются выше 627°С, из-за чего в атмосфере начинает доминировать монооксид углерода. Растет также количество щелочных металлов. Такие объекты именуют горячими юпитерами.
• V – силикатные облака. Это наиболее раскаленные гиганты (больше 1100°С). На верхнем атмосферном слое располагаются силикатные и железные облачные формирования. Будут выглядеть красными в обзоре телескопов.

Основные факты о газовых гигантах

Юпитер стоит на первой позиции по размерам среди гигантов в Солнечной системе. Его радиус практически в 11 раз превышает земной. Он обладает 79-ю спутниками. Планета состоит изо льда и горной породы. Большая часть массы представлена жидким металлическим водородом, из-за чего формируется масштабное магнитное поле. Юпитер настолько огромен, что его можно отыскать на небе ночью без использования телескопов. Атмосферный слой наполнен аммиаком, водородом, гелием и метаном.

Строение газовых гигантов

Сатурн в 9 раз крупнее земного радиуса и отличается восхитительной кольцевой системой. Обладает 62 спутниками. Планета наполнена водородом и гелием, окружающих плотное ядро. По атмосфере схоже с Юпитером.

Уран превышает земной радиус в 4 раза. Этот объект уникален своим углом осевого наклона, из-за которого практически опрокинут на бок. К тому же вращается в обратном направлении. Содержит семейство из 27 спутников, а атмосфера – водород, метан и гелий. В 1781 году планету нашел Уильям Гершель.

Осевой наклон газовых гигантов

Нептун также по радиусу крупнее Земли в 4 раза и похож по атмосферному составу с Ураном. Рядом с ним вращаются 14 спутников. Планету обнаружили в 1846 году.

Формирование и общие черты газовых гигантов

Полагают, что с самого начала гиганты появились в виде скалистых и ледяных планет, напоминающих земной тип. Но размер ядра был огромен, что позволило притягивать больше водорода и гелия из газового облака до того, как сформировалась звезда.

Уран и Нептун расположены дальше, поэтому им было сложнее накапливать материал. Это привело к тому, что они уступают по размеру первым гигантам. Их атмосферы также сильнее загрязнены тяжелыми элементами, вроде метана и аммиака.

Ученым удалось отыскать тысячи экзопланет, среди которых огромная часть являются горячими юпитерами. Это газовые гиганты, расположенные крайне близко к своим звездам. Полагают, что изначально они образуются дальше, но потом приближаются.

Гиганты формируют вокруг себя масштабные лунные семьи. Многие появляются вместе с планетами, а другие притягиваются гравитацией. Обычно все вращаются в одной направленности с планетами. Но Тритон у Нептуна следует в противоположную сторону. Это намек на то, что он является захваченным объектом.

Текущие исследования газовых гигантов

Каждая планета наделена сложным атмосферным слоем и серией масштабных бурь. К примеру, уже 4 века на Юпитере бушует Большое Красное Пятно, которое сейчас сокращается в размерах. Мы нуждаемся в более длительных обзорах, чтобы выяснить точный характер погодных формирований.

На Сатурне сейчас завершилась миссия Кассини, а Юнона изучает Юпитер. Исследователи также настроены на поиск сейсмических волн, напоминающих земные особенности при землетрясениях.

Экзопланеты и газовые гиганты

Исследование чужих миров показало огромное количество газовых гигантов, превосходящих Юпитер во много раз. Некоторые практически достигали статуса звезды. Но они расположены крайне далеко от нас, поэтому сложно определить точное альбедо и спектры.

Большая часть гигантов представлена супер-юпитерами, потому что их просто легче отыскать. Такие объекты делятся на холодные и горячие юпитеры. Первые обогащены водородом и в 1.6 раз массивнее Юпитера.

Горячие юпитеры наделены огромным количеством водорода. Если газовые гиганты вырастают в 13-80 раз больше Юпитера, то становятся коричневыми карликами. Такие тела крупнее любой планеты, но им все равно не хватает массы для активации ядерного слияния в ядре, и они не могут стать полноценными звездами.

Коричневый карлик Т-типа

Газовые гиганты разнообразные и сложные по своей природе. В Солнечной системе проживают всего 4 таких планеты, но они предлагают богатое поле для исследований. К тому же выступают еще одним пазлом в понимании формирования нашей системы.

Супер-Земли

Среди экзопланет удалось отыскать множество супер-земель (по размеру между Землей и Нептуном). Эту разновидность не встретить на территории нашей Солнечной системы, поэтому пока еще не ясно, выглядят они скорее как гиганты или земной тип.

Сейчас научный мир ожидает запуска телескопа Джеймс Уэбб, который обещает увеличить силу поиска и откроет нам космические глубины.

Источник

Газовые гиганты

Пояс астероидов, пролегающий за Марсом – своеобразная граница, разделяющая планеты земного типа и внешние. 4 планеты, расположенные после Марса, называются газовые гиганты Солнечной системы. Плутон из-размеров понижен в статусе, теперь он считается планетоидом.

Особенности

Газовые гиганты имеют общие черты:

• отсутствие твердой поверхности;
• быстрое вращение вокруг своей оси — сутки короче в сравнении с земными;
• приплюснутая с полюсов форма;
• слабая отражательная способность;
• структура, состоящая из 4-х слоев: газовый, жидкогазовый, металлический газовый, ядро каменное или металлическое;
• большое расстояние от центра Солнечной системы;
• по нескольку десятков спутников у каждой из планет;
• нестабильное магнитное поле;
• отрицательная температура поверхности, стремящаяся к абсолютному нулю;
• наличие колец.

Газовый гигант Юпитер

Он называется несостоявшейся звездой из-за впечатляющих размеров. Он находится сразу за поясом астероидов. Благодаря чудовищной гравитации защищает планеты земного типа и самое Землю от «космических странников» – комет, крупных астероидов. Широко известна история кометы Шумейкеров-Леви, разорванная Юпитером на 21 часть в 1992 году и окончательно поглощенная им в 1994 году.

К исключительным особенностям газового гиганта относятся:

• расстояние от Солнца 5,2 а. е;
• расстояние до Земли 588-967 млн км;
• юпитерианский год равен 11, 86 земным годам;
• ось наклонена на 3,13°, что делает невозможной смену времен года;
• самые короткие сутки в системе – до 10 земных часов;
• 300 лет визуально наблюдается Большое Красное Пятно;
• отдельные слои атмосферы одновременно вращаются в противоположные стороны.

Развитие науки не позволяет изучить внутренние слои планеты. Однако атмосфера газового гиганта исследована подробно с помощью аппарата «Галилео», спущенного на планету 7.12. 1995 г. Были обнаружены многие элементы из таблицы Менделеева, в частности:

• молекулярный водород;
• гелий;
• углерод;
• азот;
• сера;
• фосфор;
• аргон;
• криптон;
• ксенон;
• неон.

«Галилео» обнаружил следы органики, что позволило американскому астроному К. Сагану выдвинуть гипотезу о существовании на Юпитере жизни на аммиачной основе. Не исключено присутствие и водно-углеродных элементов.

С Земли Юпитер легче всего наблюдать в моменты великих противостояний, ближайшее событие случится 26.09. 2022 года. Планета станет 3-м по яркости объектом на небе, ярче только Луна и Венера.

Сатурн

Исследовать планету помогла станция «Кассини». Стартовав с Земли в 1997 году, достигнув объект в 2004-м, в 2017 году аппарат завершил миссию и прекратил существование. Обширные материалы исследований, переданные с борта станции, узкоспециальные и полнее раскрывают характеристики планеты. Особенностью Сатурна является его малая плотность. По объему он второй после Юпитера, но по плотности легче воды. На планете бушуют самые мощные в Солнечной системе ураганы.

Основные характеристики Сатурна:

• расстояние до Солнца 9,58 а. е;
• 6-я орбита;
• сатурнианский год равен 29,5 земных лет;
• расстояние до Земли колеблется в пределах 8-11,1 а. е;
• самая известная система колец;
• длина экватора 60300 км;
• сутки равны 10 ч.34 минуты в земном измерении;
• наличие Большого Белого Овала.

Ледяные гиганты

Масса планет земного типа, следовательно, гравитация, слишком слаба, чтобы удержать газы в качестве атмосферы. То есть, газовыми гигантами могут быть только большие объекты. Это касается Урана и Нептуна. Состав гелия и водорода не больше 20%. С магнитными полюсами неразбериха: их может быть больше 2-х, которые часто перемещаются.

Правило простое: не все газовые гиганты являются ледяными, но все ледяные гиганты одновременно газовые.

Подробнее о Нептуне и Уране см. материалы нашего сайта.

Спутники

Астрономы считают, что спутники дальних планет еще не все открыты. Известные объекты представлены в таблице.

Таблица 1. Спутники газовых гигантов.

Названия спутников заимствованы из античной мифологии, но есть исключение: имена некоторых «уранианцев» взяты из произведений У. Шекспира. «Галилеевыми» спутниками называют Ио, Европу, Каллисто и Ганимеда. Если имя «юпитерианца» заканчивается на –е, это означает, что он движется ретроградно. К ним относятся Пасифе, Синопе, Карме, Ананке.

Источник