普通天文学/巨行星
巨行星之所以被称为巨行星,是因为它们的大小。它们也被称为气态巨行星,因为它们主要由氢组成,或类木行星,因为它们类似木星。这些行星都有一个庞大的卫星系统和由小颗粒、微型卫星和尘埃组成的不同大小的环。
太阳系中有四颗这样的行星:木星、土星、天王星和海王星。它们主要由流体构成,如超临界流体、液体,以及少量气体。这些流体包裹着岩石和冰组成的固体核心。所有这些行星都具有相对快速的旋转速度;旋转最慢的天王星的旋转周期为 17 小时 14 分钟。这以及这些行星内部巨大的压力产生的辐射热,导致了这些行星上狂风肆虐,所有这些行星在某些时候都会经历风暴。
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,其中包含少量甲烷、氨、水蒸气和其他化合物。它们的大气层是气态的,但逐渐过渡到液态地幔。它们具有固体核心和金属氢层。
木星是气态巨行星中距离太阳最近的。它的质量为 1.9 x 1027 kg(约为地球质量的 318 倍),赤道直径为 142,800 公里(88,736 英里)。木星含有大量的金属氢。当压力高到足以使氢原子分解,电子被释放,从而使原子只剩下质子。这会产生一种状态,使氢成为金属。这种金属导电层中的流体运动产生了木星强大的磁场。据认为,在所有这些之下,是一个岩石和冰组成的相对坚固但弥散的核心。
木星拥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,形成了一系列环绕行星的深色带和明亮带。可见云层由冰冻的氨构成,而更深层的云层据信包含硫化氢铵和水。木星的“大红斑”是一个旋转的风暴系统,已经观测到数百年了。
木星拥有 79 颗已知的卫星,其中 4 颗 - 木卫四、木卫二、木卫三和木卫一 - 是圆形的,它们于 1610 年首次被伽利略发现,通常被称为伽利略卫星。它还有非常微弱和非常小的环,由来自其卫星上的尘埃组成。
土星的质量为 5.688 x 1026 kg(约为地球质量的 95 倍),赤道直径为 119,300 公里(74,130 英里)。土星是唯一一颗密度比水低的行星(约低 30%)。它拥有一个巨大而丰富的(主要)冰质环系统,由从小到小的尘埃和冰块组成。它有 8 颗圆形卫星:土卫六、土卫五、土卫四、土卫一、土卫二、土卫三和土卫八,其中最大的是土卫六,它是唯一一颗拥有重大大气层和地表液体的卫星。土星还有超过 100 颗较小的卫星。它主要由氢(体积的 96%)和氦(体积的 4%)组成,其中包含少量甲烷、氨、水蒸气和其他化合物。土星与木星的结构类似,但金属氢含量要少得多,核心也比木星的更坚固。它在这类行星中拥有第二高的风速。它的轴倾角为 26.73 度,并且拥有所有巨行星中最偏心率的轨道。由于距离太阳更远,土星的条带比木星的更暗淡。它在北极地区有一个六边形云层图案,可能是由喷射流造成的。这个“六边形”包含着它的北极涡旋。周期性地会出现所谓的“大白斑”。它们大到可以从地球上看到,并且可以跨越整个纬度。
冰巨星之所以被称为冰巨星,是因为它们主要由“冰”构成,这些物质的冰点高于 ~100 K 或 ~-175 摄氏度。它们拥有厚厚的大气层,覆盖在超临界地幔之上;这意味着它们的地幔由一种类似于气体但密度像液体的物质状态构成;密度大到足以使分子相互作用。这种物质状态就像气体一样填充其容器。在这些地幔之下是液态核心,这些核心可能产生它们的磁场。
天王星的质量为 8.686 x 1025 kg(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)。它还拥有一个暗淡的微弱环系统,与土星的环系统有些类似。它的自转轴倾斜了 98 度,所以它有时看起来像是在其轨道上滚动。这会产生极端的季节变化,导致天王星近乎一半被黑暗笼罩,而另一半则始终处于阳光下。这也是为什么它的极地地区颜色比行星的其他部分更浅。天王星拥有 29 颗卫星,其中 5 颗是圆形的。它的磁场倾斜了 60 度,与它的自转轴不重合,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还要冷 6 摄氏度。与其他巨行星相比,天王星相对惰性,这可能是由于它的热通量较低。它是唯一一颗从太阳接收的辐射量大于它释放出来的辐射量的巨行星。
海王星是气态巨行星中最外层的行星。它的质量为 1,024 x 1026 kg(约为地球质量的 17 倍)。它的赤道直径为 49,500 公里(30,760 英里)。它有一颗圆形卫星,海卫一(我们太阳系中最冷的天体 - 约 -235 摄氏度)以及其他一些较小的卫星,包括海卫二。海王星拥有四个已知的、高度倾斜的微弱环。它拥有所有行星中最快的风速,值得注意的是,这些风速超过了地球上的音速。它的强大引力影响着海王星外天体,许多海王星外天体都与它保持轨道共振。例如,当海王星绕太阳运行三次时,冥王星绕太阳运行两次。