Почему Юпитер называют «газовым гигантом»?

Как говорится в другом ответе, Юпитер является газовым гигантом , а не в его внешнем виде. Речь идет только о распределении массы планеты.

Масса Юпитера составляет 320 масс Земли, в то время как из миссии Юнона мы знаем , что на скалы/лед в ядре приходится 5–25 масс Земли. Таким образом, остальные около 300 земных масс — это газ.

Таким образом, Юпитер является газовым гигантом. Это действительно так просто. Более экзотические состояния материи, в которых, вероятно, существуют твердые тела в его недрах, не влияют на определение газового гиганта.

Чтобы представить это в перспективе:

• То же самое относится и к Сатурну , общая масса которого составляет 95 земных масс, а в ядре примерно 20 земных масс. Итак, 75 земных масс газа. Газовый гигант.
• Уран и Нептун разные. Их массы составляют 14 и 17 масс Земли соответственно, причем не менее половины этой массы приходится на скалы/лед. Таким образом, это не газовые гиганты, а условно названные «ледяные гиганты».

Другой способ сделать вывод о том, из чего состоит Юпитер, — взглянуть на его среднюю плотность. Так это делалось исторически, до того, как у нас появились сложные компьютерные модели и лабораторные эксперименты с высоким давлением.

Зная законы Ньютона, можно измерить массу Юпитера$M$от своих орбитальных спутников. Его размер$r$известно издалека. Таким образом, можно вычислить его среднюю плотность$\bar{\rho} = \frac{M}{4/3 \pi r^3}$и находит значение$\bar{\rho}_♃ = 1.326~\mathrm{g/cm^3}$. Это значительно ниже, чем у Земли ($\bar{\rho}_{\oplus} = 5.55~\mathrm{g/cm^3}$) и другие каменистые планеты.

Путем простого взвешенного усреднения с некоторой массой горных пород в несколько процентов затем рано поняли, что нужно много газа, чтобы достичь такой низкой средней плотности для такой планеты, как Юпитер.

Интересная деталь здесь в том, что нельзя построить Юпитер только из газа, в результате средняя плотность будет ниже реальной. Так было понято, что где-то на Юпитере должен существовать какой-то очень плотный материал, возможно, ядро ​​из твердого материала.

Одна из причин, по которой их называют газовыми гигантами, заключается в том, что они в основном состоят из элементов, которые являются газообразными на Земле, такими как температура и давление.

Юпитер в основном состоит из водорода, четверть его массы приходится на гелий, хотя гелий составляет лишь около десятой части молекул.

Верхняя атмосфера Юпитера состоит примерно из 88–92% водорода и 8–12% гелия в процентах от объема молекул газа. Масса атома гелия примерно в четыре раза больше массы атома водорода, поэтому состав изменяется, если описывать его как долю массы, приходящуюся на разные атомы. Таким образом, атмосфера Юпитера состоит примерно из 75% водорода и 24% гелия по массе, а оставшийся один процент массы состоит из других элементов. Атмосфера содержит следовые количества метана, водяного пара, аммиака и соединений на основе кремния. Имеются также следы углерода, этана, сероводорода, неона, кислорода, фосфина и серы. Самый внешний слой атмосферы содержит кристаллы замороженного аммиака. Внутренняя часть содержит более плотные материалы - по массе это примерно 71% водорода, 24% гелия и 5% других элементов.

https://en.wikipedia.org/wiki/Юпитер

Таким образом, Юпитер и Сатурн почти полностью состоят из водорода и гелия, элементов, которые на Земле находятся в газообразном состоянии, подобно температуре и давлению. Конечно, температура и давление глубже внутри Юпитера и Сатурна не совсем земные!

Но элементы, из которых они состоят, обычно называют газами, хотя они могут находиться в экзотических условиях, таких как жидкий металлический водород, при огромном давлении и температуре внутри планет. Большинство из нас думают о водороде и гелии как о газообразных элементах, а не о жидкостях, твердых телах или весьма экзотических формах материи.

Таким образом, Юпитер и Сатурн являются «газовыми гигантами».

Вторая причина, по которой их называют «газовыми гигантами», — историческая. Знаменитый писатель-фантаст Джеймс Блиш написал научно-фантастический рассказ под названием «Солнечное сплетение», опубликованный в « Удивительных историях » в сентябре 1941 года. «Солнечное сплетение» было переписано и переиздано в антологии Beyond Human Ken под редакцией Джудит Меррилл в 1954 году . переписанная версия содержала строчку:

Быстрый взгляд на доски показал, что поблизости было магнитное поле некоторой силы, которое не принадлежало невидимому газовому гиганту, вращающемуся в полумиллионе миль от нас.

Читатели-фантасты, которые хоть что-то знали о строении планет-гигантов, думали, что словосочетание «газовый гигант» очень подходит для их описания. И некоторые из них были профессиональными астрономами. Таким образом, астрономы начали использовать эту фразу для описания планет-гигантов в Солнечной системе.

Юпитер состоит в основном из газообразного и жидкого вещества. Это крупнейший из газовых гигантов, и, как и они, он разделен между газовой внешней атмосферой и внутренней частью, состоящей из более плотных материалов. Его верхние слои атмосферы состоят примерно из 88–92% водорода и 8–12% гелия в процентах от объема молекул газа и прибл. 75% водорода и 24% гелия по массе, а оставшийся один процент состоит из других элементов.

Атмосфера содержит следовые количества метана, водяного пара, аммиака и соединений на основе кремния, а также следовые количества бензола и других углеводородов. Имеются также следы углерода, этана, сероводорода, неона, кислорода, фосфина и серы. Кристаллы замороженного аммиака также наблюдались в самом внешнем слое атмосферы.

Внутренняя часть содержит более плотные материалы, так что распределение составляет примерно 71% водорода, 24% гелия и 5% других элементов по массе. Считается, что ядро ​​Юпитера представляет собой плотную смесь элементов — окружающий слой жидкого металлического водорода с небольшим количеством гелия и внешний слой, состоящий преимущественно из молекулярного водорода. Ядро также было описано как каменистое, но это также остается неизвестным.