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普通天文学/巨行星

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巨行星因其尺寸而得名。它们也称为气态行星,因为它们主要由氢组成,或木星行星,因为木星是其中最大的。这些行星都有一个巨大的卫星系统和由小颗粒、小卫星和尘埃组成的不同大小的环系统。

太阳系中有四颗这样的行星:木星、土星、天王星和海王星。它们主要由流体组成,如超临界流体、液体和少量气体。这些流体包裹着岩石和冰的固体核心。所有行星的旋转都相对较快;旋转最慢的天王星,其旋转速度为17小时14分钟。这以及这些行星内部压力的巨大压力所产生的辐射热,使这些行星产生了强烈的风速,所有这些行星在某些时候都会经历风暴。

气态巨行星

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气态巨行星是由氢和氦组成的行星。它们比冰巨星大得多,并且具有液态地幔。它们主要由氢和氦组成,少量甲烷、氨、水蒸气和其他化合物。它们的大气是气态的,但逐渐过渡到液态地幔。它们有固体核心和金属氢层。

这张木星图像由哈勃太空望远镜的广域相机于2014年4月21日拍摄。

木星是气态巨行星中最靠近太阳的一颗。它的质量为1.9 x 1027 千克(约为地球质量的318倍),赤道直径为142,800公里(88,736英里)。木星有大量金属氢。当压力高到足以将氢原子分解并释放电子时,由此产生的原子仅包含质子。这产生了金属氢。金属导电层中的流体运动产生了木星强大的磁场。在所有这些下方被认为是一个有点坚固但弥散的岩石和冰核心。

木星有一个非常活跃的天气系统。流体运动受行星快速旋转的影响,在行星周围形成一系列黑暗的带状和明亮的带状。可见云层由冻结的氨组成,而更深的云层被认为含有硫化氢铵和水。木星的“大红斑”是一个旋转的风暴系统,已经被观测了数百年。

木星拥有79颗已知的卫星,其中四颗——木卫四、木卫二、木卫三和木卫一——是圆形的,它们是由伽利略在1610年首次发现的,通常被称为伽利略卫星。它也有一些由来自卫星上的尘埃撞击形成的非常暗淡和非常小的环。

土星的质量为5.688 x 1026 千克(约为地球质量的95倍),赤道直径为119,300公里(74,130英里)。土星是唯一密度小于水的行星(大约低30%)。它有一个巨大而丰富的环系统,由小到微小的尘埃和冰块组成。它有八颗圆形卫星:土卫六、土卫五、土卫四、土卫一、土卫二、土卫三和土卫七,其中最大的是土卫六,它在卫星中是独一无二的,因为它的表面有显著的大气层和液体。土星还有超过一百颗较小的卫星。它主要由氢(体积的96%)和氦(体积的4%)组成,少量甲烷、氨、水蒸气和其他化合物。土星的内部结构与木星相似,尽管它的金属氢含量要低得多,其核心比木星的核心更坚固。它在这颗行星中拥有第二高的风速。它的轴倾角为26.73度,并且在巨行星中拥有最偏心率的轨道。土星的带状比木星的带状暗淡,因为土星离太阳更远。它在北极有一个六边形的云层模式,这可能是一个急流。这个“六边形”包含着它的北极涡流。周期性地,会出现所谓的“大白斑”。它们大到足以从地球上看到,并且可以跨越整个纬度。

冰巨星

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冰巨星之所以得名,是因为它们主要由“冰”组成,这些物质的冰点高于~100 K或~-175 摄氏度。它们在超临界地幔之上有厚厚的大气层;这意味着它们的地幔是由一种像气体一样可压缩但像液体一样致密的物质状态形成的;致密到足以使分子相互作用。这种物质状态像气体一样充满容器。在这些下方是液态核心,这些核心可能产生它们的磁场。

天王星

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天王星的质量为8.686 x 1025 千克(约为地球质量的14.5倍)。它的赤道直径为51,800公里(32,190英里)。它也有一个昏暗的暗淡环系统,有点类似于土星的环系统。它的自转轴倾斜了98度,所以有时看起来它是在它的轨道上滚动。这产生了极端的季节,几乎将天王星的一半沉浸在黑暗中,而另一半则处于永久的白昼。这也是为什么它的极地地区比行星的其他部分颜色更浅的原因。天王星有29颗卫星,其中5颗是圆形的。它的磁场相对于自转轴倾斜了60度,并且偏离中心。它是太阳系中最冷的行星,比距离太阳更远的海王星冷了6摄氏度。与其他巨行星相比,天王星有点惰性,这可能是因为它热通量低。它是唯一一颗从太阳接收到的辐射量比它释放的辐射量多的巨行星。

海王星

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海王星是气态巨行星中最外侧的一颗。它的质量为1,024 x 1026 千克(约为地球质量的17倍)。它的赤道直径为49,500公里(30,760英里)。它有一颗圆形的卫星海卫一(我们太阳系中最冷的天体——约-235 °C),以及海卫二等各种较小的卫星。海王星有四个已知的、高度倾斜的、昏暗的环。它拥有所有行星中最快的风速,值得注意的是,这些风速比地球上的声速还要快。它的强大引力影响着海王星外天体,其中许多天体与它处于轨道共振状态。例如,当海王星绕太阳运行三圈时,冥王星绕太阳运行两圈。

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