بين كواكب النظام الشمسي الداخلي والخارجي ، هناك بعض الاختلافات الصارخة. الكواكب التي تقع بالقرب من الشمس هي ساكن الأرض (أي صخرية) في الطبيعة ، أي أنها تتكون من معادن السيليكات والمعادن. لكن خارج حزام الكويكبات ، تتكون معظم الكواكب من غازات ، وهي أكبر بكثير من نظيراتها الأرضية.
هذا هو السبب في أن علماء الفلك يستخدمون مصطلح 'عمالقة الغاز' عند الإشارة إلى كواكب النظام الشمسي الخارجي. كلما عرفنا المزيد عن هذه الكواكب الأربعة ، أدركنا أنه لا يوجد عملاقان غازيان متشابهان تمامًا. بالإضافة إلى ذلك ، الدراسات المستمرة للكواكب خارج نظامنا الشمسي (المعروف أيضًا باسم ' الكواكب خارج الطاقة الشمسية ') أن هناك أنواعًا عديدة من عمالقة الغاز التي لا تتوافق مع أمثلة الطاقة الشمسية. إذن ما هو بالضبط 'عملاق الغاز'؟
التعريف والتصنيف:
بحكم التعريف ، عملاق الغاز هو كوكب يتكون أساسًا من الهيدروجين والهيليوم. تمت صياغة الاسم في الأصل عام 1952 بواسطة جيمس بليش ، كاتب خيال علمي استخدم المصطلح للإشارة إلى جميع الكواكب العملاقة. في الحقيقة ، يعد هذا المصطلح تسمية خاطئة ، لأن هذه العناصر تتخذ إلى حد كبير شكلاً سائلًا وصلبًا داخل عملاق غازي ، نتيجة لظروف الضغط الشديدة الموجودة داخل الداخل.
عمالقة الغاز الأربعة للنظام الشمسي (من اليمين إلى اليسار): كوكب المشتري وزحل وأورانوس ونبتون. الائتمان: ناسا / مختبر الدفع النفاث
علاوة على ذلك ، يُعتقد أيضًا أن عمالقة الغاز تحتوي على تركيزات كبيرة من المعدن ومواد السيليكات في قلبها. ومع ذلك ، ظل المصطلح شائعًا لعقود من الزمان ويشير إلى جميع الكواكب - سواء كانت شمسية أو خارجها بطبيعتها - التي تتكون أساسًا من الغازات. كما أنه يتماشى مع ممارسة علماء الكواكب ، الذين يستخدمون اختصارًا - أي 'صخرة' و 'غاز' و 'جليد' - لتصنيف الكواكب بناءً على العنصر الأكثر شيوعًا بداخلها.
ومن هنا جاء الاختلاف بين كوكب المشتري و زحل على واحد و و أورانوس و نبتون من جهة أخرى. نظرًا للتركيزات العالية للمواد المتطايرة (مثل الماء والميثان والأمونيا) داخل الأخيرين - والتي يصنفها علماء الكواكب على أنها 'جليد' - غالبًا ما يُطلق على هذين الكوكبين العملاقين 'عمالقة الجليد'. ولكن نظرًا لأنها تتكون أساسًا من الهيدروجين والهيليوم ، فإنها لا تزال تعتبر عمالقة غازية إلى جانب المشتري وزحل.
تصنيف:
اليوم ، عمالقة الغاز مقسمة إلى خمس فئات ، بناءً على مخطط التصنيف الذي اقترحه ديفيد سوداركي (وآخرون) في دراسة أجريت عام 2000. بعنوان ' البيدو وأطياف الانعكاس للكواكب العملاقة خارج المجموعة الشمسية '، حدد Sudarsky وزملاؤه خمسة أنواع مختلفة من عملاق الغاز بناءً على مظهرهم وبياضهم ، وكيف يتأثر ذلك بمسافات كل منهم عن نجمهم.
الفئة الأولى: غيوم الأمونيا -تنطبق هذه الفئة على عمالقة الغاز التي تهيمن سحب الأمونيا على مظاهرها ، والتي توجد في المناطق الخارجية لنظام كوكبي. بمعنى آخر ، ينطبق فقط على الكواكب التي تقع خارج 'خط الصقيع' ، وهي المسافة في السديم الشمسي من النجم الأولي المركزي حيث تتكثف المركبات المتطايرة - مثل الماء والأمونيا والميثان وثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون - في حبيبات جليدية صلبة .
توضح هذه القواطع النماذج الداخلية للكواكب العملاقة. يظهر كوكب المشتري بنواة صخرية مغطاة بطبقة عميقة من الهيدروجين المعدني. الائتمان: ناسا / مختبر الدفع النفاث
الفئة الثانية: السحب المائية -ينطبق هذا على الكواكب التي يقل متوسط درجات الحرارة فيها عادةً عن 250 كلفن (-23 درجة مئوية ؛ -9 درجة فهرنهايت) ، وبالتالي فهي دافئة جدًا لتشكيل سحب الأمونيا. بدلاً من ذلك ، تحتوي هذه الكواكب الغازية العملاقة على سحب مكونة من بخار الماء المكثف. نظرًا لأن الماء أكثر انعكاسًا من الأمونيا ، فإن عمالقة الغاز من الفئة الثانية لديهم ألبيدوس أعلى.
الفئة الثالثة: صافية -تنطبق هذه الفئة على عمالقة الغاز الأكثر دفئًا بشكل عام - 350 كلفن (80 درجة مئوية ؛ 170 درجة فهرنهايت) إلى 800 كلفن (530 درجة مئوية ؛ 980 درجة فهرنهايت) - ولا تشكل غطاءًا سحابيًا لأنها تفتقر إلى المواد الكيميائية اللازمة. تحتوي هذه الكواكب على ألبيدوس منخفض نظرًا لأنها لا تعكس قدرًا كبيرًا من الضوء في الفضاء. ستبدو هذه الأجسام أيضًا ككرات أرضية زرقاء صافية بسبب الطريقة التي يمتص بها الميثان في الغلاف الجوي الضوء (مثل أورانوس ونبتون).
الفئة الرابعة: المعادن القلوية -تتعرض هذه الفئة من الكواكب لدرجات حرارة تزيد عن 900 كلفن (627 درجة مئوية ؛ 1160 درجة فهرنهايت) ، وعند هذه النقطة يصبح أول أكسيد الكربون الجزيء السائد الذي يحمل الكربون في غلافها الجوي (بدلاً من الميثان). تزداد وفرة الفلزات القلوية أيضًا بشكل كبير ، وتتشكل طبقات السحب من السيليكات والمعادن في أعماق غلافها الجوي. يشار إلى الكواكب التي تنتمي إلى الصنفين الرابع والخامس باسم 'كواكب المشتري الساخنة'.
الفئة الخامسة: غيوم السيليكات -ينطبق هذا على الكواكب الغازية العملاقة الأكثر سخونة ، مع درجات حرارة أعلى من 1400 كلفن (1100 درجة مئوية ، 2100 درجة فهرنهايت) ، أو الكواكب الأكثر برودة مع جاذبية أقل من كوكب المشتري. بالنسبة لعمالقة الغاز هذه ، فإن سيليكات و حديد يُعتقد أن طبقات السحب مرتفعة في الغلاف الجوي. في الحالة الأولى ، من المرجح أن يتوهج عمالقة الغاز هذه باللون الأحمر من الإشعاع الحراري والضوء المنعكس.
مفهوم الفنان عن كوكب خارج المجموعة الشمسية 'كوكب المشتري الساخن' ، عملاق غازي يدور بالقرب من نجمه. الائتمان: NASA / JPL-Caltech)
الكواكب الخارجية:
كشفت دراسة الكواكب الخارجية أيضًا عن ثروة من الأنواع الأخرى من عمالقة الغاز التي هي أكبر حجمًا من نظيراتها الشمسية (المعروفة أيضًا باسم المشتري الفائق) بالإضافة إلى العديد من الأنواع المماثلة في الحجم. كانت الاكتشافات الأخرى جزءًا صغيرًا من حجم نظيراتها الشمسية ، في حين أن بعضها كان ضخمًا لدرجة أنهم يخجلون من أن يصبحوا نجماً. ومع ذلك ، نظرًا لبعدها عن الأرض ، لا يمكن دائمًا قياس أطيافها وبياضها بدقة.
على هذا النحو ، يميل صائدو الكواكب الخارجية إلى تعيين عمالقة غاز خارج المجموعة الشمسية بناءً على أحجامهم الظاهرة والمسافات من نجومهم. في الحالة الأولى ، غالبًا ما يشار إليها باسم 'المشتري الفائق' ، بحجم المشتري ، وحجم نبتون. حتى الآن ، فإن هذه الأنواع من الكواكب الخارجية لحساب غالبية الاكتشافات مصنوع بواسطة كبلر والبعثات الأخرى ، نظرًا لأن أحجامها الكبيرة ومسافاتها الكبيرة عن نجومها تجعلها أسهل في الكشف عنها.
من حيث مسافات كل منها عن الشمس ، يقسم صائدو الكواكب الخارجية عمالقة الغاز خارج المجموعة الشمسية إلى فئتين: 'عمالقة الغاز البارد' و 'كواكب المشتري الساخنة'. عادةً ما يكون عمالقة الغاز البارد الغني بالهيدروجين أكبر كتلة من كوكب المشتري ولكن أقل من حوالي 1.6 من كتلة المشتري ، وسيكون حجمها أكبر قليلاً من كوكب المشتري. بالنسبة للكتل فوق هذا ، ستؤدي الجاذبية إلى تقلص الكواكب.
كشفت الدراسات الاستقصائية عن الكواكب الخارجية أيضًا عن فئة من الكواكب تُعرف باسم 'الأقزام الغازية' ، والتي تنطبق على كواكب الهيدروجين التي ليست كبيرة مثل عمالقة الغاز في النظام الشمسي. وقد لوحظ أن هذه النجوم تدور بالقرب من نجومها ، مما يتسبب في فقدانها لكتلة الغلاف الجوي بشكل أسرع من الكواكب التي تدور على مسافات أكبر.
بالنسبة للعمالقة الغازية التي تشغل النطاق الكتلي بين 13 إلى 75-80 من كتلة المشتري ، يتم استخدام مصطلح 'القزم البني'. هذا التعيين محجوز لأكبر الأجسام الكوكبية / شبه النجمية ؛ بعبارة أخرى ، الأشياء التي تكون كبيرة بشكل لا يصدق ، ولكنها ليست ضخمة بدرجة كافية للخضوع للاندماج النووي في جوهرها وتصبح نجمة. يوجد أسفل هذا النطاق أقزام شبه بنية اللون ، بينما يُعرف أي شيء أعلاه بأنه أخف قزم أحمر (M9 V) نجوم.
تصور فنان للقزم البني من النوع T. الائتمان: Tyrogthekreeper / ويكيميديا كومنز
مثل كل الأشياء الفلكية في الطبيعة ، فإن عمالقة الغاز متنوعة ومعقدة ورائعة للغاية. بين البعثات التي تسعى لفحص عمالقة الغاز في نظامنا الشمسي مباشرة إلى عمليات المسح المعقدة بشكل متزايد للكواكب البعيدة ، تستمر معرفتنا بهذه الأجسام الغامضة في النمو. وبهذا يكون فهمنا لكيفية تشكل وتطور أنظمة النجوم.
لقد كتبنا العديد من المقالات الشيقة حول عمالقة الغاز هنا في Universe Today. هنا كوكب المشتري و كوكب زحل و كوكب اورانوس و كوكب نبتون و ما هي كواكب جوفيان؟ و ما هي الكواكب الخارجية للنظام الشمسي؟ و ما هو داخل عملاق الغاز؟ ، و أي الكواكب لها حلقات؟
لمزيد من المعلومات ، تحقق من وكالة ناسا استكشاف النظام الشمسي .
لدى Astronomy Cast أيضًا بعض الحلقات الرائعة حول هذا الموضوع. هنا الحلقة 56 لتبدأ!
مصادر:
