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普通天文學/巨行星

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巨行星之所以被稱為巨行星,是因為它們的大小。它們也被稱為氣態巨行星,因為它們主要由氫組成,或類木行星,因為它們類似木星。這些行星都有一個龐大的衛星系統和由小顆粒、微型衛星和塵埃組成的不同大小的環。

太陽系中有四顆這樣的行星:木星、土星、天王星和海王星。它們主要由流體構成,如超臨界流體、液體,以及少量氣體。這些流體包裹著岩石和冰組成的固體核心。所有這些行星都具有相對快速的旋轉速度;旋轉最慢的天王星的旋轉週期為 17 小時 14 分鐘。這以及這些行星內部巨大的壓力產生的輻射熱,導致了這些行星上狂風肆虐,所有這些行星在某些時候都會經歷風暴。

氣態巨行星

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氣態巨行星是由氫和氦組成的行星。它們比冰巨星大得多,並且具有液態地幔。它們主要由氫和氦組成,其中包含少量甲烷、氨、水蒸氣和其他化合物。它們的大氣層是氣態的,但逐漸過渡到液態地幔。它們具有固體核心和金屬氫層。

這張木星的影像由哈勃太空望遠鏡的廣域相機於 2014 年 4 月 21 日拍攝。

木星是氣態巨行星中距離太陽最近的。它的質量為 1.9 x 1027 kg(約為地球質量的 318 倍),赤道直徑為 142,800 公里(88,736 英里)。木星含有大量的金屬氫。當壓力高到足以使氫原子分解,電子被釋放,從而使原子只剩下質子。這會產生一種狀態,使氫成為金屬。這種金屬導電層中的流體運動產生了木星強大的磁場。據認為,在所有這些之下,是一個岩石和冰組成的相對堅固但彌散的核心。

木星擁有一個非常活躍的天氣系統。流體運動受行星快速旋轉的影響,形成了一系列環繞行星的深色帶和明亮帶。可見雲層由冰凍的氨構成,而更深層的雲層據信包含硫化氫銨和水。木星的“大紅斑”是一個旋轉的風暴系統,已經觀測到數百年了。

木星擁有 79 顆已知的衛星,其中 4 顆 - 木衛四、木衛二、木衛三和木衛一 - 是圓形的,它們於 1610 年首次被伽利略發現,通常被稱為伽利略衛星。它還有非常微弱和非常小的環,由來自其衛星上的塵埃組成。

土星的質量為 5.688 x 1026 kg(約為地球質量的 95 倍),赤道直徑為 119,300 公里(74,130 英里)。土星是唯一一顆密度比水低的行星(約低 30%)。它擁有一個巨大而豐富的(主要)冰質環系統,由從小到小的塵埃和冰塊組成。它有 8 顆圓形衛星:土衛六、土衛五、土衛四、土衛一、土衛二、土衛三和土衛八,其中最大的是土衛六,它是唯一一顆擁有重大大氣層和地表液體的衛星。土星還有超過 100 顆較小的衛星。它主要由氫(體積的 96%)和氦(體積的 4%)組成,其中包含少量甲烷、氨、水蒸氣和其他化合物。土星與木星的結構類似,但金屬氫含量要少得多,核心也比木星的更堅固。它在這類行星中擁有第二高的風速。它的軸傾角為 26.73 度,並且擁有所有巨行星中最偏心率的軌道。由於距離太陽更遠,土星的條帶比木星的更暗淡。它在北極地區有一個六邊形雲層圖案,可能是由噴射流造成的。這個“六邊形”包含著它的北極渦旋。週期性地會出現所謂的“大白斑”。它們大到可以從地球上看到,並且可以跨越整個緯度。

冰巨星

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冰巨星之所以被稱為冰巨星,是因為它們主要由“冰”構成,這些物質的冰點高於 ~100 K 或 ~-175 攝氏度。它們擁有厚厚的大氣層,覆蓋在超臨界地幔之上;這意味著它們的地幔由一種類似於氣體但密度像液體的物質狀態構成;密度大到足以使分子相互作用。這種物質狀態就像氣體一樣填充其容器。在這些地幔之下是液態核心,這些核心可能產生它們的磁場。

天王星

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天王星的質量為 8.686 x 1025 kg(約為地球質量的 14.5 倍)。它的赤道直徑為 51,800 公里(32,190 英里)。它還擁有一個暗淡的微弱環系統,與土星的環系統有些類似。它的自轉軸傾斜了 98 度,所以它有時看起來像是在其軌道上滾動。這會產生極端的季節變化,導致天王星近乎一半被黑暗籠罩,而另一半則始終處於陽光下。這也是為什麼它的極地地區顏色比行星的其他部分更淺。天王星擁有 29 顆衛星,其中 5 顆是圓形的。它的磁場傾斜了 60 度,與它的自轉軸不重合,並且偏離中心。它是太陽系中最冷的行星,比距離太陽更遠的海王星還要冷 6 攝氏度。與其他巨行星相比,天王星相對惰性,這可能是由於它的熱通量較低。它是唯一一顆從太陽接收的輻射量大於它釋放出來的輻射量的巨行星。

海王星

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海王星是氣態巨行星中最外層的行星。它的質量為 1,024 x 1026 kg(約為地球質量的 17 倍)。它的赤道直徑為 49,500 公里(30,760 英里)。它有一顆圓形衛星,海衛一(我們太陽系中最冷的天體 - 約 -235 攝氏度)以及其他一些較小的衛星,包括海衛二。海王星擁有四個已知的、高度傾斜的微弱環。它擁有所有行星中最快的風速,值得注意的是,這些風速超過了地球上的音速。它的強大引力影響著海王星外天體,許多海王星外天體都與它保持軌道共振。例如,當海王星繞太陽執行三次時,冥王星繞太陽執行兩次。

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