巨行星

巨行星

巨行星離太陽比類地行星遠,體積和質量都很大,平均密度小,表面溫度低。包括有木星、土星、天王星和海王星。簡單的說他們是氣態行星,又叫氣體行星,氣體巨星可能沒有固體的表面,而主要的成分是氫、氦、和存在不同物理狀態下的水,與類地行星有極大的不同。

名詞定義

巨行星巨行星

中文名稱:巨行星

英文名稱:giantplanet

定義:太陽系中四顆最大的行星,即木星土星天王星海王星的統稱。

套用學科:天文學(一級學科);太陽系(二級學科)

類型

巨行星巨行星

巨行星可以細分成不同的類型,“傳統”的氣態巨行星是木星和土星,主要的成分是氫和氦。天王星和海王星因為主要的成分是水、氨、和甲烷,而氫和氦只是最外層區域的主要成分,所以有時會被細分為“冰巨星”。幾乎所有的系外行星都因為軌道緊挨著恆星,或許是因為比較容易被檢測出來,因此是表面溫度很高的氣態巨行星,被分類為熱木星,而熱木星也是目前的系外行星中最普遍的類型。

特色

巨行星巨行星

太陽系的4顆氣態巨行星有一些共同的特徵。所有的大氣層都以氫和氦為主要成份,並且在內部壓力大於氣體的臨界壓力後和液體混合。在木星和土星,大氣層和本體之間沒有明確的界限,但是有些模型顯示天王星和海王星可能有明確的邊界。有鑒於此,4顆氣態巨行星被舉例作為材料科學的“物質相變梯度”的經典範例。它們有非常熱的內部,天王星和海王星的溫度範圍可以高達7,000K,木星可以超過20,000K。如此高的溫度意味著在他們的大氣層之下的整個行星可能都是液體。因此,當討論提到“岩石的核心”,不應該生動的描繪出固體的岩石球。相反的,它可能意味著是重元素,像鐵和鎳等在其餘的行星內集中的區域。

相對來說,4顆行星都快速的自轉著,這造成風的模式會破壞東西方向的帶狀或條紋。這些環帶在木星很突出,在土星和海王星不很明顯,而在天王星則不明顯。

這4顆行星都有精巧的環系統和衛星伴隨著。土星環是最壯觀的,並且是在1970年代之前唯一知道的環系統,木星有最多的衛星-已經知道的有63顆。

環帶的循環

巨行星巨行星

木星大氣層的帶是由被稱為帶和區的氣流循環路徑造成的,包圍著行星並平行於木星的赤道。

區是較亮的雲帶,並且在大氣層上較高的位置,它們的內部有上升的氣流,並且是壓力較高的區域。帶是較暗的雲帶,在大氣層中的高度較低,內部則有下沉的氣流,它們是壓力較低的區域。這樣的結構有些類似於地球大氣的高氣壓和低氣壓,但是它們有著完全不同的結構-在整個行星的緯度上盤鏇,彼此相對之間的壓力差異也不是很大。這看起來是行星快速的自轉與內層對稱造成的結果。它們沒有造成局部熱源的大陸或海洋,並且轉動的速度也比地球快很多。

它們也有更小的結構,不同大小和顏色的斑點。在木星,最直得注意的特徵是大紅斑,它已經存在了至少300年,他的構造是巨大的風暴。許多這樣的斑點都是暴風雨,天文學家也在其中觀察到一定數量的閃電。

組成

巨行星巨行星

木星和土星

木星和土星主要的成分是氫和氦,重元素在質量上占的比例只有3%和13%。它們的結構被認為是在外面數層是分子氫,包圍著內部液態的數層金屬氫,和一個可能是岩石的核心。最外層的部份是氫的大氣層,特徵是有許多層由氨和水組成,可以看見的雲彩。金屬氫組成每個行星的大塊,被描述成金屬是因為巨大的壓力使氫變成導電體,一如金屬所呈現的。核心,如果存在,包刮其中的重元素會有20,000K的高溫和巨大的壓力,而難以理解它們的性質。

天王星和海王星

天王星和海王星內部的組成明顯的和木星與土星不同。它們模型從外面向下至海王星半徑的85%和天王星半徑的80%是富含氫的大氣層。在這個點之下最顯著的是由水、甲烷和氨組成的“冰”。也有一些岩石和氣體,但冰以各種不同的形式和比例形成各種不同的冰/岩石/氣體可能模擬成類似純淨的冰,因此確實的比率仍是不清楚的。

非常朦朧的大氣層和少量的甲烷使它們的大氣層呈現不同比例的海藍色,如嬰兒藍和深藍色。這兩顆行星都有與自轉軸高度傾斜的磁場。

不同於其他的氣態巨行星,天王星的自轉軸極端傾斜造成奇特的季節變化。

第五顆巨行星推測

巨行星巨行星

科學家根據電腦模擬得出結論:太陽系可能曾經存在五顆巨行星,但這第五顆巨行星在太陽系演變過程中被“驅逐出境”了。

科學家認為,這顆巨行星的離開與木星軌道的變化有關。也就是說,由於引力等因素,木星曾在太陽系演變的早期階段長期處於靠近太陽系中心的位置,與現今地球和火星的軌道位置相近。但是由於某些原因,木星被“噴射”出了原有的運行軌道,並且將這第五顆巨行星“撞”出了太陽系。

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