Milžiniškų dujų planetų paaiškinimas
Dujinės milžinės planetos yra viena įdomiausių planetų grupių Saulės sistemoje ir už jos ribų. Jos yra milžiniškos, dominuojamos dujų ir turi storą atmosferą su ekstremalia orų dinamika. Saulės sistemoje labiausiai žinomi dujų milžinai yra Jupiteris ir Saturnas, o Uranas ir Neptūnas dažnai priskiriami panašiai kategorijai, nors dėl skirtingos sudėties jie tiksliau vadinami „ledo milžinais“. Šiame straipsnyje aptariama, kas yra dujų milžinės planetos, jų charakteristikos, procesai, kuriais jos susidaro, jų vidinė struktūra, atmosferos, žiedai ir palydovai, ir jų svarba suprantant planetinių sistemų evoliuciją.
Kas yra dujų milžinė planeta?
Apskritai dujinės planetos yra labai didelės planetos, daugiausia sudarytos iš vandenilio ir helio – dviejų lengviausių ir gausiausių elementų visatoje . Dėl daugiausia dujinės sudėties šios planetos neturi „kieto paviršiaus“, kaip Žemė, Marsas ar Merkurijus. Jei zondas „nusileistų“ ant dujinės planetos, jis nerastų jokios žemės, ant kurios galėtų atsistoti, o toliau leistųsi į vis tankesnius atmosferos sluoksnius, kol galiausiai būtų sunaikintas didelio slėgio ir temperatūros.
Saulės sistemoje Jupiteris yra akivaizdžiausias dujinės milžinės planetos pavyzdys, po jo seka Saturnas. Abi planetos turi dideles mases, stiprią gravitaciją ir labai storą atmosferą. Tuo tarpu Uranas ir Neptūnas priklauso panašiai kategorijai, tačiau kosminėmis sąlygomis juose yra daugiau sunkiųjų elementų, tokių kaip vanduo, amoniakas ir metanas, „ledo“ pavidalu, todėl jie dažnai vadinami ledo milžinais.
Pagrindinės dujų milžinių planetų savybės
Yra keletas savybių, kurios dujų milžines skiria nuo Žemės planetų:
1. Didelis dydis ir masė
Dujinių milžinių planetų skersmuo gali svyruoti nuo dešimčių tūkstančių iki daugiau nei šimto tūkstančių kilometrų. Pavyzdžiui, Jupiterio skersmuo yra maždaug 11 kartų didesnis nei Žemės. Jo masė yra pakankamai didelė, kad galėtų daryti didelę gravitacinę įtaką kitiems Saulės sistemos objektams.
2. Storoji atmosfera ir vandenilio bei helio dominavimas
Jos atmosferos sudėtyje vyrauja vandenilis ir helis, o joje yra ir kitų junginių, tokių kaip metanas, amoniakas, vandens garai ir vandenilio sulfidas, pėdsakų, kurie formuoja planetos debesų raštus ir spalvą.
3. Greitas sukimasis ir suplota forma
Daugelis dujinių milžinių planetų sukasi labai greitai. Jupiteris apsisuka maždaug kas 10 valandų. Dėl šio greito sukimosi planeta suplokštėja ties ašigaliais ir išsipučia ties pusiauju.
4. Stiprus magnetinis laukas
Dujų milžinių planetos paprastai turi dideles magnetosferas. Pavyzdžiui, Jupiterio magnetosfera yra didžiausia Saulės sistemoje. Saulės sistema ir gali paveikti iš Saulės sklindančias įkrautas daleles.
5. Daugybė palydovų ir žiedų sistemų
Dujinės milžinės planetos paprastai turi daug palydovų. Jupiteris turi dešimtis palydovų, įskaitant keturis didelius palydovus (Ijo, Europa, Ganimedas ir Kalista). Saturnas garsėja savo plačia ir gražia žiedų sistema.
Kaip susidaro dujų milžinės planetos?
Dažniausia planetų susidarymo teorija aiškina, kad planetos susidaro iš dujų ir dulkių disko, supančio jauną žvaigždę, vadinamo protoplanetiniu disku. Yra du dažniausiai aptariami dujų milžinų planetų susidarymo scenarijai:
1. Šerdies kaupimosi modelis
Šiame modelyje pirmiausia susidaro nemažos masės kietas uolienų ir ledo branduolys. Kai branduolys pasiekia tam tikrą masę, jis pradeda traukti didelius vandenilio ir helio dujų kiekius iš aplinkinio disko. Šis modelis laikomas tinkamu Jupiterio ir Saturno susidarymui paaiškinti, nors lieka klausimų, kaip greitai šis procesas įvyko prieš prarandant diske esančias dujas.
2. Disko nestabilumo modelis
Šiuo atveju protoplanetinio disko dalys patiria gravitacinį nestabilumą ir tada tiesiogiai kolapsuoja į didelius gumulus, kurie tampa planetomis. Šis procesas gali vykti daug greičiau ir dažnai naudojamas paaiškinti milžiniškų planetų, kurios susidaro toli nuo savo žvaigždžių, egzistavimą.
Tikėtina, kad Visatoje nenaudojamas vienas mechanizmas; planetų formavimasis gali skirtis priklausomai nuo disko sąlygų, atstumo nuo žvaigždės ir turimo laiko.
Vidinė struktūra: nuo debesies iki branduolio
Nors dujinės planetos atrodo „tik dujos“, jos turi sudėtingas vidines struktūras. Jų išorinis sluoksnis yra atmosfera su debesų sluoksniais. Gilėjant, slėgis smarkiai didėja. Vandenilis, kuris iš pradžių buvo dujos, virsta skysčiu ir tam tikrame gylyje gali virsti metaliniu vandeniliu – vandenilio faze, kuri gali praleisti elektrą kaip metalas. Manoma, kad šis metalinis vandenilis vaidina svarbų vaidmenį kuriant stiprų Jupiterio magnetinį lauką.
Manoma, kad dujų milžinių planetų centruose branduoliai yra tankesni, nors jų sudėtis ir dydis vis dar tiriami. Šie branduoliai greičiausiai sudaryti iš koncentruotų uolienų, ledo ir kitų sunkiųjų elementų. Tačiau riba tarp branduolio ir viršutinių sluoksnių ne visada aiški; esant dideliam slėgiui, medžiagos gali susimaišyti, sukurdamos „neaiškesnį“ perėjimą nei Žemės grupės planetose.
Atmosfera ir ekstremalūs orai
Vienas įdomiausių dalykų, susijusių su dujinėmis milžinėmis planetomis, yra jų atmosferos reiškiniai. Kadangi jos neturi kieto paviršiaus, jų atmosferos gali sudaryti milžiniškas, ilgai trunkančias audrų sistemas. Garsiausias pavyzdys yra Jupiterio Didžioji raudonoji dėmė – didžiulė audra, stebima jau šimtus metų. Ši audra kadaise buvo didesnė už Žemę, nors pastaraisiais dešimtmečiais ji traukiasi.
Saturne taip pat gali kilti labai didelio masto sezoninės audros. Tuo tarpu Urane ir Neptūne pučia labai stiprūs vėjai; Neptūnas netgi žinomas dėl savo vėjų, kurių greitis gali siekti tūkstančius kilometrų per valandą. Melsva Urano ir Neptūno spalva daugiausia atsiranda dėl jų atmosferose esančio metano, kuris sugeria raudoną ir atspindi mėlyną šviesą.
Žiedai ir palydovai: mini sistemos aplink planetas
Dujinės milžinės planetos dažnai yra sudėtingų sistemų su žiedais ir daugybe mėnulių „centras“. Saturnas yra ikoninė žiedinė planeta, tačiau Jupiteris, Uranas ir Neptūnas taip pat turi žiedus, nors jie yra plonesni ir tamsesni. Žiedai paprastai sudaryti iš ledo ir uolienų dalelių, kurių dydis svyruoja nuo smulkių dulkių iki didelių gabalų.
Dujinių milžinių planetų palydovai taip pat slepia daug staigmenų. Manoma, kad Europa (Jupiterio palydovas) turi požeminį vandenyną, kuriame galėtų egzistuoti mikrobų gyvybė. Titanas (Saturno palydovas) turi storą atmosferą ir skysto metano-etano ežerus. Enceladas (Saturnas) spjaudosi ledo geizeriais, o tai rodo vidinį aktyvumą ir galimą požeminį vandenyną. Šie atradimai leidžia tirti dujinių milžinių planetas ne tik apie pačias planetas, bet ir apie jas skriejančius „mažuosius pasaulius“.
Milžiniškų dujų planetų vaidmuo Saulės sistemoje
Dujinės milžinės planetos vaidina svarbų vaidmenį Saulės sistemos dinamikoje . Pavyzdžiui, Jupiterio gravitacija gali paveikti asteroidų ir kometų orbitas. Manoma, kad Jupiteris veikia kaip „skydas“, mažinantis dangaus objektų, susiduriančių su vidinėmis planetomis, skaičių, tačiau taip pat teigiama, kad Jupiteris gali sutrikdyti mažesnių objektų orbitas, nukreipdamas kai kuriuos iš jų link Žemės grupės planetų. Kad ir koks būtų jų vaidmuo, akivaizdu, kad dujinės milžinės planetos formavo Saulės sistemos architektūrą nuo pat jos atsiradimo.
Be to, dujinių milžinių planetų tyrinėjimas padeda mokslininkams suprasti jų atmosferą ir ekstremalių orų mechanizmus, materijos fiziką esant aukštam slėgiui ir planetų formavimąsi apskritai. Astronomams atrandant daugybę milžiniškų egzoplanetų už mūsų Saulės sistemos ribų, įskaitant „karštuosius Jupiterius“, skriejančius labai arti savo žvaigždžių, palyginimas su Jupiteriu ir Saturnu tampa pagrindiniu veiksniu norint suprasti planetinių sistemų įvairovę.
Išvada
Dujų milžinių planetos yra dideli, vandenilio ir helio dominuojami pasauliai su stora atmosfera, įspūdingais orais, galingais magnetiniais laukais ir sudėtingomis palydovų bei žiedų sistemomis. Jų formavimasis apima sudėtingus procesus protoplanetiniuose diskuose, o jų vidinės struktūros atspindi ekstremalias fizikos dėsnius, kuriuos sunku atkartoti Žemėje. Teleskopų ir kosminių misijų stebėjimų metu dujų milžinių planetos ir toliau teikia svarbių užuominų apie Saulės sistemos kilmę ir apie tai, kaip galėjo formuotis ir vystytis planetos visoje galaktikoje. Kitaip tariant, dujų milžinių planetų supratimas neapsiriboja vien Jupiterio ar Saturno tyrimu; tai atveria didžiulį langą į visatos veikimą.
