ดาวเคราะห์แก๊สยักษ์: ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์

ดาวเคราะห์ยักษ์ไฮโดรเจน-ฮีเลียมสองดวงที่โดดเด่นในระบบสุริยะรอบนอก มีแกนกลางเป็นไฮโดรเจนโลหะลึก บรรยากาศเป็นแถบ และสนามแม่เหล็กขนาดมหึมา

Definition

ดาวเคราะห์แก๊สยักษ์คือดาวเคราะห์ที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็นหลักโดยไม่มีพื้นผิวที่เป็นของแข็ง ในระบบสุริยะได้แก่ ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์: องค์ประกอบโดยรวมและโครงสร้างภายในที่เป็นชั้น รวมถึงบริเวณไฮโดรเจนโลหะ แหล่งกำเนิดความร้อนภายใน พลวัตของบรรยากาศที่เป็นแถบและพายุที่มีอายุยืนยาว สนามแม่เหล็กภายในที่รุนแรงและแมกนีโตสเฟียร์ รวมถึงวงแหวนที่โดดเด่นของดาวเสาร์ ข้อมูลนี้ได้มาจากยานสำรวจและยานโคจร เช่น Voyager, Galileo, Cassini และ Juno รวมถึงการศึกษาในห้องปฏิบัติการและเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับไฮโดรเจนภายใต้ความดันสูงมาก

Core questions

• ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์มีโครงสร้างภายในอย่างไร และมีแกนกลางที่หนาแน่นหรือเจือจาง?
• เหตุใดพวกมันจึงแผ่ความร้อนออกมามากกว่าที่ได้รับจากดวงอาทิตย์?
• อะไรที่ทำให้กระแสลมกรดแบบแถบและพายุยักษ์ เช่น จุดแดงใหญ่ คงอยู่ได้?
• สนามแม่เหล็กและแมกนีโตสเฟียร์อันทรงพลังของพวกมันเกิดขึ้นได้อย่างไรและมีปฏิสัมพันธ์กับดวงจันทร์ของพวกมันอย่างไร?

Key theories

โครงสร้างภายในที่เป็นไฮโดรเจนโลหะ

ภายใต้ความดันมหาศาลภายในดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ ไฮโดรเจนจะกลายเป็นของไหลโลหะที่นำไฟฟ้าได้ ซึ่งเป็นบริเวณไดนาโมที่สร้างสนามแม่เหล็กอันทรงพลังของพวกมัน

ความร้อนภายในและฝนฮีเลียม

ดาวเคราะห์ยักษ์เหล่านี้ปล่อยพลังงานออกมามากกว่าที่ดูดซับไว้ โดยมีพลังงานจากการหดตัวของแรงโน้มถ่วง และในดาวเสาร์ เกิดจากการแยกตัวและการจมลงของหยดฮีเลียมที่ปล่อยความร้อนเพิ่มเติมออกมา

พลวัตบรรยากาศของกระแสลมกรดแบบโซน

การหมุนที่รวดเร็วและการไหลของความร้อนแบบพาความร้อนจัดระเบียบชั้นบรรยากาศให้เป็นกระแสลมกรดตะวันออก-ตะวันตกสลับกันและแถบต่างๆ ซึ่งภายในนั้นมีพายุหมุนวน เช่น จุดแดงใหญ่ คงอยู่ได้นานหลายศตวรรษ

Mechanisms

แรงโน้มถ่วงในตัวเองจะบีบอัดไฮโดรเจนและฮีเลียมจนกระทั่งไฮโดรเจนกลายเป็นโลหะและนำไฟฟ้าได้ ซึ่งขับเคลื่อนไดนาโมและสนามแม่เหล็กที่รุนแรง การหดตัวอย่างช้าๆ และการแยกตัวของฮีเลียมเป็นแหล่งกำเนิดความร้อนภายใน ซึ่งเมื่อรวมกับการหมุนจะขับเคลื่อนการพาความร้อนแบบแถบที่พื้นผิว ปฏิสัมพันธ์ของแมกนีโตสเฟียร์กับดวงจันทร์ทำให้เกิดแสงออโรราและแถบรังสีที่รุนแรง

Clinical relevance

ดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์เป็นดาวเคราะห์ยักษ์ที่ได้รับการศึกษาดีที่สุดและใช้เป็นต้นแบบในการตีความดาวเคราะห์นอกระบบยักษ์ ในขณะที่แรงโน้มถ่วงของพวกมันได้กำหนดประวัติศาสตร์พลวัตของระบบสุริยะทั้งหมด

History

การสังเกตการณ์แถบของดาวพฤหัสบดีและจุดแดงใหญ่ด้วยกล้องโทรทรรศน์มีมานานหลายศตวรรษ แต่ความเข้าใจสมัยใหม่ได้มาจากยานสำรวจ Pioneer และ Voyager ยานโคจร Galileo และยานสำรวจบรรยากาศที่ดาวพฤหัสบดี ยานโคจร Cassini ที่ดาวเสาร์ และภารกิจ Juno ซึ่งการวัดแรงโน้มถ่วงและสนามแม่เหล็กที่แม่นยำได้ปรับเปลี่ยนแบบจำลองโครงสร้างภายในลึกของดาวพฤหัสบดี

Debates

ลักษณะของแกนกลางดาวพฤหัสบดี

ข้อมูลแรงโน้มถ่วงจากยาน Juno ชี้ให้เห็นว่าแกนกลางเป็นแบบเจือจางและไม่ชัดเจน ผสมผสานอยู่ในชั้นห่อหุ้มมากกว่าที่จะเป็นแกนกลางหนักที่กำหนดขอบเขตชัดเจน ซึ่งกระตุ้นให้มีการปรับปรุงแบบจำลองการก่อตัวและโครงสร้างภายใน

Key figures

• Andrew Ingersoll
• Tristan Guillot
• Scott Bolton
• William Hubbard

Seminal works

• guillot2005
• ingersoll2004
• bolton2017

Frequently asked questions

จุดแดงใหญ่คืออะไร?

เป็นพายุหมุนขนาดใหญ่ที่มีอายุยืนยาวในชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัสบดี ซึ่งกว้างกว่าโลก และคงอยู่มาอย่างน้อยสองสามศตวรรษของการสังเกตการณ์ด้วยกล้องโทรทรรศน์

เหตุใดดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์จึงปล่อยความร้อนออกมามากกว่าที่ได้รับ?

พวกมันยังคงหดตัวอย่างช้าๆ ภายใต้แรงโน้มถ่วงของตัวเอง และในดาวเสาร์ การตกตะกอนของฮีเลียมเข้าสู่ศูนย์กลางจะปล่อยความร้อนเพิ่มเติมออกมา ดังนั้นดาวเคราะห์ทั้งสองจึงแผ่พลังงานออกมามากกว่าที่ดูดซับจากดวงอาทิตย์