"Астрономия (базовый уровень)", Чаругин В.М.
Планеты-гиганты — крупные внешние планеты Солнечной системы: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Их массивные атмосферы, внутреннее строение, кольца и спутники отличают их от небольших каменных планет земной группы. Юпитер и Сатурн называют газовыми гигантами, а Уран и Нептун — ледяными: в их недрах больше соединений воды, аммиака и метана. Планеты-карлики, например Плутон, тоже обращаются вокруг Солнца и почти шарообразны, но не очистили окрестность своей орбиты.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Планеты-гиганты — четыре крупные планеты внешней части Солнечной системы: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Они гораздо массивнее планет земной группы и состоят преимущественно из лёгких веществ. Это понятие помогает различать две основные группы планет: небольшие каменные миры и массивные планеты с глубокими газовыми оболочками.
Газовые гиганты — Юпитер и Сатурн, в составе которых преобладают водород и гелий. Их называют газовыми не потому, что вся планета представляет собой облако газа: по мере погружения внутрь вещество становится плотнее и может переходить в необычные состояния. Название показывает, какие вещества особенно характерны для этих планет.
Ледяные гиганты — Уран и Нептун, в недрах которых относительно велика доля соединений воды, аммиака и метана. Слово «ледяные» указывает на состав, а не на то, что планеты целиком покрыты привычным льдом: внутри вещества находятся под огромным давлением и при высокой температуре. Такое деление подчёркивает различие между двумя типами гигантов.
Планета-карлик — небесное тело, которое обращается вокруг Солнца, имеет почти шарообразную форму, не является спутником и не очистило окрестность своей орбиты. Оно отличается от планеты не обязательно малым размером, а тем, что делит область орбиты с другими телами. Определение нужно, чтобы классифицировать, например, Плутон без путаницы с планетами и спутниками.
По размерам и массе гиганты значительно превосходят планеты земной группы, но их средняя плотность обычно меньше: в составе много лёгких веществ, а не только плотных горных пород и металлов. Различается и строение: у Земли есть твёрдая поверхность, по которой можно перемещаться, а у гигантов видимая граница — верх облаков. С глубиной давление и температура растут, поэтому газовые оболочки постепенно переходят в плотные внутренние слои, а чёткой твёрдой поверхности земного типа нет.
Юпитер и Сатурн состоят главным образом из водорода и гелия, тогда как у Урана и Нептуна заметно больше веществ, которые в холодных областях ранней Солнечной системы могли сохраняться в виде льдов. К таким соединениям относятся вода, аммиак и метан. При этом «лёд» внутри современных планет не обязательно холодный или твёрдый: давление и температура там очень велики. Поэтому различие групп определяется пропорциями веществ и строением недр, а не отсутствием газа у ледяных гигантов.
На раннем этапе Солнечной системы вещество вращалось вокруг молодого Солнца в виде диска. Во внешней области было холоднее, поэтому там могли сохраняться и накапливаться летучие соединения; выросшие ядра притягивали окружающее вещество. Чем быстрее ядро набирало массу, тем сильнее становилось его притяжение и тем больше газа оно могло захватить. Так возникли массивные внешние планеты, тогда как во внутренней, более горячей области формировались преимущественно каменные планеты.
Большая масса создаёт сильное притяжение, которое удерживает обширную атмосферу и множество спутников. Быстрое вращение связано с тем, что планеты сохраняют вращательное движение, полученное при формировании; оно влияет на форму планет и движение атмосферных потоков. Облака образуют слои на разных высотах, а кольца состоят из частиц, движущихся вокруг планеты. Все гиганты обладают кольцами, хотя у Сатурна они заметнее, а также имеют многочисленные спутники.
Чтобы тело считалось планетой-карликом, оно должно обращаться вокруг Солнца, быть почти шарообразным, не быть спутником и не очистить окрестность орбиты. «Очистить» здесь не значит убрать абсолютно все частицы: речь о том, что планета стала главным гравитационным телом в своей орбитальной области. Плутон не выполнил это условие и движется среди других тел пояса Койпера. Поэтому его классификация изменилась: он остался важным объектом Солнечной системы, но получил статус планеты-карлика.
| Характеристика | Планеты-гиганты | Планеты-карлики |
|---|---|---|
| Представители | Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун | Плутон, Церера, Эрида и другие |
| Положение в Солнечной системе | Внешняя область, за поясом астероидов | В разных областях; например, Церера — в поясе астероидов, Плутон — в поясе Койпера |
| Размеры и масса | Очень большие по сравнению с планетами земной группы | Меньше планет; размеры и массы различаются |
| Состав и строение | Глубокие газовые оболочки и плотные внутренние слои | Состав бывает каменным, ледяным или смешанным |
| Орбита и её окрестность | Планеты доминируют в окрестности своих орбит | Окрестность орбиты не очищена от других тел |
| Кольца и спутники | У всех есть кольца и спутники | У некоторых есть спутники; характер колец не является критерием статуса |
Сначала сравнивайте не отдельные размеры, а выполнение орбитального критерия: именно он отделяет планету от планеты-карлика. Затем используйте строки о составе и строении, чтобы различать типы тел. Таблица даёт общее сравнение групп, а не утверждает, что все объекты внутри каждой группы одинаковы.
Задача 1. Назовите планеты-гиганты и распределите их на газовые и ледяные. Чтобы не перепутать группы, ориентируемся на состав и строение, а не на то, что все они находятся далеко от Солнца. Сначала перечислим четыре внешние планеты, затем соотнесём каждую с её типом.
Ответ: газовые гиганты — Юпитер и Сатурн; ледяные гиганты — Уран и Нептун.
Задача 2. Тело почти шарообразно и обращается вокруг Солнца, но не очистило окрестность орбиты. Может ли оно считаться планетой-карликом? Проверим каждый критерий по отдельности: для этого статуса требуется не только подходящая форма и орбита, но и то, что тело не является спутником.
Ответ: да, оно может считаться планетой-карликом, если не является спутником. Из условия не следует, что оно выполнило это последнее требование, поэтому его нужно проверить отдельно.
Задача 3. Масса Юпитера примерно в 318 раз больше массы Земли, а радиус — в 11 раз. Во сколько раз средняя плотность Юпитера меньше земной? Плотность равна массе, делённой на объём, а объём шара пропорционален кубу радиуса. Поэтому нельзя сравнивать только массы: нужно учесть, насколько сильно различаются объёмы.
Ответ: средняя плотность Юпитера примерно в 4,2 раза меньше средней плотности Земли.
Неверно считать, что все планеты-гиганты состоят только из газа. Такое представление возникает из-за названия и вида облачных верхних слоёв, но внутри планет вещество становится плотнее и может находиться в других состояниях. Проверяйте себя: различайте атмосферу и внутреннее строение, а также помните о соединениях воды, аммиака и метана в составе ледяных гигантов.
Уран и Нептун не следует называть газовыми гигантами в том же смысле, что Юпитер и Сатурн. Путаница появляется потому, что атмосферы всех четырёх планет содержат водород и гелий. Для проверки сравните не наличие отдельных веществ, а их доли и особенности недр: Уран и Нептун выделяют в группу ледяных гигантов.
Планета-карлик — не просто маленькая планета. Размер сам по себе не решает классификацию, поэтому такое упрощение приводит к ошибке. Проверяйте условия определения: тело обращается вокруг Солнца, почти шарообразно, не является спутником и не очистило окрестность орбиты.
Кольца нельзя представлять как твёрдую оболочку, окружающую планету. На эту ошибку наводит их вид с большого расстояния, когда отдельные частицы сливаются в сплошную полосу. Помните, что кольца состоят из множества частиц на орбитах; они не являются ни поверхностью, ни твёрдым покровом планеты.
Для понимания темы нужны знания о строении Солнечной системы, орбитах и спутниках. Также пригодится сравнение планет земной группы с внешними планетами: оно помогает объяснить различия в размерах, плотности и составе. Эти понятия связывают классификацию небесных тел с их движением и физическим строением.
Тема пригодится при изучении происхождения Солнечной системы: состав и расположение планет помогают рассуждать о том, где и как формировались разные тела. Знание об орбитах и спутниках нужно, чтобы разбирать движение планет и их систем. Так классификация становится основой для понимания устройства и истории Солнечной системы.
Почему Юпитер и Сатурн называют газовыми гигантами?
В их составе преобладают водород и гелий — те же лёгкие элементы, из которых состоит большая часть Солнца. Эти планеты очень массивны, но не имеют твёрдой поверхности земного типа: газовые внешние слои постепенно переходят в более плотные внутренние.
Чем ледяные гиганты отличаются от газовых?
Уран и Нептун содержат большую долю соединений воды, аммиака и метана, чем Юпитер и Сатурн. Поэтому их относят к ледяным гигантам, хотя в верхних слоях их атмосферы тоже есть водород и гелий.
Есть ли у Урана и Нептуна кольца?
Да, кольца есть у обеих планет. Они состоят из множества частиц, которые обращаются вокруг планеты, а не образуют сплошную твёрдую оболочку.
Почему Плутон перестали считать планетой?
Плутон обращается вокруг Солнца и имеет почти шарообразную форму, но не очистил окрестность своей орбиты от других тел. Поэтому его отнесли к планетам-карликам, а не к планетам.
Чем планета-карлик отличается от спутника?
Планета-карлик обращается вокруг Солнца, а спутник — вокруг планеты или другого небесного тела. Например, Плутон — планета-карлик, а его спутник Харон обращается вокруг Плутона.
16. Планеты-гиганты. Планеты-карлики
