木星
土星
氣態巨行星 (英語:Gas Giant ,又稱類木行星 )是主要由氫 和氦 組成的巨行星 。太陽系 的木星 和土星 是氣態巨行星。「氣態巨行星」起初原本是「巨行星」的代名詞(同義詞),但是1990年代学界意识到天王星 和海王星 是与气态巨行星不同性質的巨行星,主要是較重的揮發性物質(其性質與冰類似),因此稱它們是冰巨行星 。木星和土星主要由氫和氦組成,更重的其它元素大約分別佔3%和13%[ 1] 。它們被認為外層是分子氫 包圍著液態的金屬氫 ,可能有著熔融的岩石核心。最外面的一層是氫的大氣層,其特點是可見多層由水和氨組成的雲。金屬氫組成了每顆巨大的氣態巨行星,之所以會被稱為金屬是因為非常大的壓力使氫變成導電體。氣態巨行星有著「外冷內熱」的特質,他們的核心被認為有高溫(20,000K)和高壓,但對它們的屬性了解甚少[ 1] 。
專門名詞
「氣態巨行星」這個名詞是科幻小說家詹姆斯·布利希 在1952年創造出來的,當時是指所有的巨行星 ,但這個名詞不完全精確,因為所有體積巨大的巨行星內部都有很高的壓力,所以物質不會全部都是氣體的形態[ 2] ;除了在核心的固體和大氣層的上層,所有的物質都是在臨界點以上 ,在那裏沒有液體和氣體之間的區別。在敘述上之所以使用這個名詞是因為行星科學家通常使用岩石、氣體和冰的速記符號來描述所發現行星的元素、成分和分類,而不管那些物質的位相 ;在外太陽系 的屬性歸類上,氫和氦為氣體,水、甲烷和氨為冰,矽酸鹽和金屬為岩石。此外,天王星和海王星的成分主要是在此分類中所謂的冰,而不是氣體,所以越來越多的科學家將它們歸類為冰巨行星 ,與氣態巨行星有所區別。
系外行星
冷氣態巨星
低溫、富含氫氣的氣態巨行星,但質量低於500地球質量 (1.6木星質量),體積只會略大於木星[ 3] 。質量超過500地球質量,重力 會導致行星的收縮[ 3] (參見簡併物質 )。
開爾文-亥姆霍茲加熱 會導致一顆氣體巨行星輻射出比從母恆星接收到的更多的能量[ 4] [ 5] 。
氣態矮行星
雖然是氣態和巨大兩個單詞的結合,但氫行星家族並不都需要像太陽系的氣態巨行星一樣的巨大。然而較小的氣態巨行星和行星,接近它們的母恆星時會比大的行星更快的流失其大氣層的質量[ 6] [ 7] 。
氣態矮行星可以定義為有著由氫、氦、和其它揮發物的濃厚大氣層,和有岩石的核心,其總半徑在1.7至3.9地球半徑[ 8] 。
已知最小的系外行星,可能是一顆氣態行星克卜勒138d ,它的質量大約是地球的60%,因此這顯示它有著濃厚的大氣層[ 9] 。
一顆低質量的氣態巨行星如果有適宜的溫度,仍然可以有類似氣態巨行星的半徑[ 10] 。
分類
理論上,氣態巨行星可以按其建模的大氣物理特性,從其外觀分為五類:(I)氨雲、(II)水雲、(III)無雲、(IV)鹼金屬、和(V)矽雲。木星和土星都是第I類;熱木星 是IV或V。
参考文献
^ 1.0 1.1 The Interior of Jupiter, Guillot et al., in Jupiter: The Planet, Satellites and Magnetosphere , Bagenal et al., editors, Cambridge University Press, 2004
^ D'Angelo, G.; Durisen, R. H.; Lissauer, J. J. Giant Planet Formation. S. Seager. (编). Exoplanets . University of Arizona Press, Tucson, AZ. 2011: 319–346 [2015-07-02 ] . Bibcode:2011exop.book..319D . arXiv:1006.5486 . (原始内容存档 于2015-06-30).
^ 3.0 3.1 Seager, S.; Kuchner, M.; Hier-Majumder, C. A.; Militzer, B. Mass-Radius Relationships for Solid Exoplanets. The Astrophysical Journal. 2007, 669 (2): 1279–1297. Bibcode:2007ApJ...669.1279S . arXiv:0707.2895 . doi:10.1086/521346 .
^ Patrick G. J. Irwin. Giant Planets of Our Solar System: Atmospheres, Composition, and Structure . Springer. 2003. ISBN 3-540-00681-8 .
^ Class 12 - Giant Planets - Heat and Formation . 3750 - Planets, Moons & Rings. Colorado University, Boulder. 2004 [2008-03-13 ] . (原始内容存档 于2016-03-03).
^ Feng Tian; Toon, Owen B.; Pavlov, Alexander A.; De Sterck, H. Transonic hydrodynamic escape of hydrogen from extrasolar planetary atmospheres . The Astrophysical Journal. March 10, 2005, 621 : 1049–1060. Bibcode:2005ApJ...621.1049T . doi:10.1086/427204 . CiteSeerX : 10.1.1.122.9085 .
^ Mass-radius relationships for exoplanets , Damian C. Swift, Jon Eggert, Damien G. Hicks, Sebastien Hamel, Kyle Caspersen, Eric Schwegler, and Gilbert W. Collins
^ Three regimes of extrasolar planets inferred from host star metallicities (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 ), Buchhave et al.
^ Earth-mass exoplanet is no Earth twin – Gaseous planet challenges assumption that Earth-mass planets should be rocky . [2015-07-02 ] . (原始内容存档 于2014-01-07).
^ *Mass-Radius Relationships for Very Low Mass Gaseous Planets (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 ), Konstantin Batygin, David J. Stevenson, 18 Apr 2013
参见