«Газовый гигант» как тип экзопланеты — это планета, у которой основная часть массы и/или объёма приходится на газ, а не на твёрдую породу. В реальной классификации иногда говорят не только «газовая», но и «Юпитер-подобная», потому что по физическим свойствам они ближе к Юпитеру/Сатурну, чем к Земле/Марсу.
1) Что такое «газовый гигант»
У таких планет нет твёрдой поверхности в привычном смысле: чем глубже, тем выше давление и температура, газ постепенно переходит в более «суперкритичное» состояние, а внизу может быть твёрдое/размазанное ядро;
Радиус значительно больше, чем у Земли, а плотность при этом относительно невысокая (особенно у «тяжёлых» газовых гигантов);
Чаще всего основа атмосферы: водород и гелий. Но примеси (метан, аммиак, вода, сероводород и т.п.) могут быть заметны — в зависимости от температуры и истории формирования небесного тела.
2) Две близкие, но не одинаковые категории
Можно выделить несколько «семейств»:
Юпитер-подобные (классические газовые гиганты)
Масса часто порядка десятков–сотен масс Земли. Большие радиусы.
Температуры планет (экзопланет) сильно различаются, выделяются два типа газовых гигантов: бывают «горячие юпитеры» и «холодные юпитеры».
Нептун-подобные (газовый карлик, частично газовые)
Это «между» газовым гигантом и ледяным небесным телом: у них может быть заметнее водно-ледяная/скальная составляющая и более плотная структура.
Атмосфера присутствует, но «доля газа» может быть меньше, чем у юпитероподобных планет.
3) Как они формируются (упрощённо)
Есть два распространённых сценария (в реальности может быть комбинация):
Ядро-аккреция
В протопланетном диске вокруг молодой звезды формируется твёрдое ядро (или несколько). Если оно достаточно массивное, оно начинает интенсивно притягивать газ и быстро наращивает атмосферу — получается газовый гигант.
Гравитационная нестабильность
В протопланетном диске местами возникают области, которые могут быстро схлопнуться под действием собственной гравитации. Тогда газовый «комок» может стать планетой без столь длительного роста ядра.
Ключевой момент: газовые гиганты требуют богатой газовой среды и, как правило, формирования на ранней стадии эволюции диска.
4) Температура и классы по «прогреву»
Газовые гиганты сильно различаются из-за близости к звезде:
Горячие юпитеры: очень близкая орбита, высокая температура, сильное радиационное нагревание атмосферы.
Умеренные/холодные юпитеры: дальше от звезды — атмосфера может быть более “облачной”, с химией, где конденсации/облака играют большую роль.
Газовые гиганты на эксцентричных орбитах: сильные сезонные/орбитальные перепады, сложная химия и динамика.
5) Атмосфера
Что может быть внутри атмосферы?
Ветры, штормы. Облака и дымки из разных соединений (зависит от температуры). Ионизация в верхних слоях (особенно у горячих планет).
Если планета проходит по диску звезды (транзитный метод), часть света проходит через её атмосферу. По спектру можно видеть, какие молекулы поглощают свет.
6) Как отличить газового гиганта от «похожих по виду» типов?
Признаки:
относительно большой радиус при относительно невысокой плотности;
заметные атмосферные признаки (облака/молекулы) из-за толстого слоя газа;
сильная связь с орбитой: горячие юпитеры имеют характерную термодинамику