Gaasigrandplaneetide omadused
Gaasigrandid on suurte planeetide rühm, mis koosneb peamiselt kergetest elementidest nagu vesinik ja heelium. Päikesesüsteemis on tuntuimad näited Jupiter ja Saturn. Neid nimetatakse sageli "gaasigigantideks", kuna nende koostis on valdavalt gaasiline, erinevalt maapealsetest planeetidest nagu Maa, Marss, Veenus ja Merkuur, mis koosnevad peamiselt kivist ja metallist. Väljaspool Päikesesüsteemi on avastatud palju gaasigigante, mis tiirlevad ümber teiste tähtede (eksoplaneetide), millest mõnel on äärmuslikud omadused, näiteks "kuumad Jupiterid", mis tiirlevad oma tähtedele väga lähedal. Üldiselt on gaasigigantidel iseloomulikud omadused, sealhulgas nende suurus, koostis, sisemine struktuur, atmosfäär, ilm, rõngassüsteemid, kuud ja nende roll planeedisüsteemi dünaamikas.
1. Väga suur suurus ja mass
Gaasigännplaneetide kõige silmatorkavam omadus on nende palju suurem suurus kui Maa-tüüpi planeetidel. Näiteks Jupiteri läbimõõt on umbes 11 korda suurem kui Maa oma, samas kui selle mass on umbes 318 korda suurem kui Maa oma. Saturn on veidi väiksem, kuid siiski massiivne. See suur suurus ja mass avaldavad tugevat gravitatsiooni, millel oli Päikesesüsteemi varajasel kujunemisel oluline roll kergete gaaside püüdmisel. Tugev gravitatsioon mõjutab ka planeetide kuju: gaasigigandid on üldiselt peaaegu sfäärilised, kuid kiire pöörlemise tõttu tunduvad poolustel veidi lamedad.
Massi ja suuruse vaheline seos ei ole aga alati lineaarne. Gaasigigantide puhul ei pruugi massi suurenemine gravitatsioonilise kokkusurumise mõju tõttu tingimata kaasa tuua oluliselt suuremat läbimõõtu. Tegelikult võivad väga suurte masside korral planeedid tihedamaks muutuda ja jääda suhteliselt stabiilseks või veidi kahaneda.
2. Koostises domineerivad vesinik ja heelium
Gaasigigandid koosnevad peamiselt vesinikust ja heeliumist, mis on universumis kaks kõige levinumat elementi. See koostis on sarnane tähtede omaga, kuid gaasigigandid ei ole piisavalt massiivsed, et oma tuumas tuumasüntees toimuks. Lisaks vesinikule ja heeliumile leidub väiksemates kogustes ka teisi elemente ja ühendeid, näiteks metaani, ammoniaaki, veeauru, vesiniksulfiidi ja mitmesuguseid "raskeid elemente" (astronoomias nimetatakse heeliumist raskemaid elemente sageli "metallideks").
Need kompositsioonilised erinevused võivad mõjutada värvi ja välimust. Jupiteril on kreemikad, pruunid ja oranžid pilvevööndid, samas kui Saturn kipub paistma kahvatum. Metaani tugev punase valguse neeldumine võib muuta teatud planeedid sinakaks (see nähtus on ilmekam jäähiiglastel nagu Uraan ja Neptuun, kuigi neid eraldatakse sageli puhaste gaasigigantide kategooriast).
3. Ei ole tahket pinda nagu Maal
Erinevalt maapealsetest planeetidest puudub gaasigiganditel üldiselt selgelt eristuv "tahke pind". Kui ette kujutada, et üritatakse "maanduda" Jupiterile või Saturnile, jätkuks teekond läbi pilvekihtide üha tihedamasse ja kuumemasse atmosfääri, kuni jõutaks planeedi sügaval sisemuses äärmuslike tingimusteni. Rõhk suureneks tohutult ja mingil hetkel muutuks gaas ülikriitiliseks vedelikuks või mõneks muuks ainevormiks, mis ei sarnane tavalise gaasiga.
Seega muutub piir atmosfääri ja planeedi "sisemuse" vahel hägusaks. Teaduslikes uuringutes defineeritakse planeedi "raadiust" sageli kindla atmosfäärirõhu tasemena (nt 1 baar, mis on sarnane õhurõhule Maa pinnal).
4. Kihilise sisestruktuuri ja südamiku üle vaieldakse endiselt.
Gaasigängidel on ainulaadsed sisemised struktuurid. Üldiselt koosneb välimine kiht paksust atmosfäärist, kus domineerib molekulaarne vesinik. Sügavamale minnes rõhk suureneb, mistõttu vesinik muutub vedelaks. Veelgi suurematel sügavustel – eriti Jupiteril – on rõhk ja temperatuur nii kõrged, et vesinik siseneb "metallilise vesiniku" faasi, kus see käitub nagu metall ja juhib hästi elektrit.
Arvatakse, et Jupiteri keskel asuv tuum koosneb kivimist ja jääst (segu ühenditest nagu vesi, ammoniaak ja metaan, mis teatud tingimustel võib olla tahke). Tuuma suurus ja selgus on aga endiselt uurimisteema. Mõned mudelid viitavad sellele, et Jupiteri tuum võib olla "lahustunud" või sisemuses laiali levinud, moodustades halvasti määratletud üleminekutsooni.
5. Kiire pöörlemine ja lapik kuju
Enamik gaasigigantplaneete pöörleb kiiresti. Jupiter teeb ühe tiiru umbes 10 tunniga, Saturn aga umbes 10,7 tunniga. See kiire pöörlemine põhjustab lapikuks muutumise efekti, mis tähendab, et läbimõõt ekvaatoril on suurem kui poolustel. Kiire pöörlemine mõjutab ka atmosfääri dünaamikat: planeedi ümber tekivad vööndid ja tugevad joavoolud.
Lisaks seostatakse gaasigigantide kiiret pöörlemist sageli tugevate magnetväljadega, kuna planeedi sees oleva juhtiva materjali (näiteks metallilise vesiniku) pöörlemine võib tekitada dünamoefekti.
6. Tihe atmosfäär äärmuslike ilmastikutingimustega
Gaasigännide atmosfäärid on looduslikud laborid äärmuslike meteoroloogia uurimiseks. Näiteks Jupiteri heledad ja tumedad ribad tähistavad erineva tuule suuna ja pilvede koostisega tsoone. Gaasigännide tuule kiirus võib ulatuda sadade kilomeetriteni tunnis. Samuti on tuntud hiiglaslikud tormid, näiteks Jupiteri Suur Punane Laik, hiiglaslik torm, mida on täheldatud sadu aastaid.
Gaasigännide pilved koosnevad temperatuurist ja rõhust olenevalt erinevatest ainetest: ammoniaak võib moodustada pilvi ülaosas, samas kui vee ja muude ühendite pilved asuvad sügavamal. Samuti võivad esineda ulatuslikult välk, konvektiivsed tormid ja atmosfääri turbulents.
7. Tugevad magnetväljad ja kiirgusvööd
Teine oluline omadus on selle võimas magnetväli. Jupiteril on päikesesüsteemi suurim magnetväli, mis moodustab tohutu magnetosfääri, mis võib ulatuda miljoneid kilomeetreid kosmosesse. See magnetväli püüab kinni päikesetuulest ja Jupiteri kuude (näiteks Io) vulkaanilisest aktiivsusest tulenevad laetud osakesed, moodustades kosmoselaevadele ohtlikke kiirgusvööndeid.
Magnetväli loob planeedi poolustel ka suurejoonelisi virmalisi, mis on sarnased Maa virmalistega, kuid palju võimsamad. Magnetosfääri ja kuude või rõngaste vastastikmõjud võivad tekitada keerulisi elektromagnetilisi nähtusi.
8. Tal on palju looduslikke satelliite (kuusid)
Gaasigängidel on üldiselt rikkalikud satelliidisüsteemid. Jupiteril on kümneid kuusid, sealhulgas neli suurt kuud, mida nimetatakse Galilei kuudeks: Io, Europa, Ganymede ja Callisto. Ka Saturnil on arvukalt kuusid, millest Titan on suurim ja tuntud oma paksu atmosfääri poolest.
Paljude nende kuude olemasolu on seotud gaasigigantide massi ja gravitatsiooniga, mis on võimelised ümbritsevatest aineketastest satelliite püüdma või neist satelliite moodustama. Gaasigigantide kuud on sageli peamised sihtmärgid maavälise elu otsingutel, eriti Europa ja Enceladus (Saturni kuud), millel arvatakse olevat pinnaalused ookeanid.
9. Sõrmused kui silmapaistev tunnusjoon
Saturn on tuntud oma kõige silmatorkavama rõngassüsteemi poolest, kuid kõigil Päikesesüsteemi gaasigigantidel on rõngad, kuigi mõned on väga nõrgad ja raskesti nähtavad. Rõngad koosnevad jää- ja kivimiosakestest, mille suurus ulatub peenest tolmust kuni suurte tükkideni. Rõngad võivad tekkida planeetide tekke jääkmaterjalist või väikeste kuude hävimisest planeedi loodete jõudude toimel.
Rõngasüsteem on samuti dünaamiline: seda mõjutab „karjasekuude” gravitatsioon, mis säilitavad rõngastruktuuri, luues lünki, laineid ja keerukaid mustreid.
10. Oluline roll planeedisüsteemide evolutsioonis
Gaasigängid mängivad olulist rolli planeedisüsteemide ajaloos ja stabiilsuses. Päikesesüsteemis peetakse Jupiteri sageli "gravitatsiooniarhitektiks", kes mõjutab paljude väikeste kehade, sealhulgas asteroidide ja komeetide orbiite. Kuigi gaasigigantide gravitatsiooniline mõju võib kaitsta siseplaneete mõnede kokkupõrgete eest, võib see häirida ka väiksemate kehade orbiite, suurendades teatud objektide sisenemise tõenäosust Maa piirkonda.
Teistes tähesüsteemides võivad oma tähtede lähedale rändavad gaasigigandid muuta teiste planeetide konfiguratsiooni, takistades isegi stabiilsete maapealsete planeetide teket. Seetõttu aitab gaasigigandite omaduste ja dünaamika mõistmine teadlastel tõlgendada galaktika planeedisüsteemide mitmekesisust.
Sulgemine
Gaasigrandid on põnevad maailmad: suured, massiivsed, vesiniku ja heeliumi domineeritud, ilma eristatava tahke pinnata, keerukate sisestruktuuride, hiiglaslikest tormidest kubisevate atmosfääride, tugevate magnetväljade ning rikkalike kuu- ja rõngassüsteemideta. Need omadused muudavad nad mitte ainult ainulaadseks võrreldes Maa-tüüpi planeetidega, vaid ka planeedisüsteemide tekke ja evolutsiooni mõistmise võtmeks. Kosmosemissioonide ja teleskoopvaatluste edenedes laienevad meie teadmised gaasigigantidest – nii meie päikesesüsteemis kui ka väljaspool seda – jätkuvalt, avades uusi vaatenurki sellele, kuidas hiidplaneetid tekivad ja kuidas nad kujundavad ümbritsevate planeetide saatust.
