Khí khổng lồ

Article

May 16, 2022

Khí khổng lồ (còn gọi là hành tinh Sao Mộc) là một thuật ngữ thiên văn chung, được phát minh bởi nhà văn khoa học viễn tưởng James Blish và hiện đang được sử dụng phổ biến, để mô tả một hành tinh lớn không chủ yếu cấu tạo từ đá. Những người khổng lồ khí thực sự có thể có một lõi đá, và thực sự người ta nghi ngờ rằng một lõi như vậy là cần thiết cho sự hình thành của chúng. Tuy nhiên, phần lớn khối lượng của chúng tồn tại ở dạng khí (hoặc khí nén ở trạng thái lỏng). Không giống như các hành tinh đá, các hành tinh khí khổng lồ không có bề mặt được xác định rõ ràng. Hệ Mặt Trời có bốn khí khổng lồ: Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương.

Phân loại

Các hành tinh có khối lượng lớn hơn 10 khối lượng Trái đất thường được định nghĩa là các hành tinh khổng lồ khí. Một vật thể có khối lượng lớn hơn 70 lần sao Mộc (tức là 0,08 lần khối lượng Mặt trời) có nhiệt và áp suất bên trong nó để có thể kích hoạt phản ứng nhiệt hạch hạt nhân, biến thiên thể thành một ngôi sao nhỏ. Cũng có những vật thể có khối lượng nhỏ hơn nhưng đủ lớn để có thể kích hoạt phản ứng tổng hợp của đơteri, nhưng chúng không được coi là hành tinh mà là sao lùn nâu. Giới hạn 13 khối lượng Jovian đã được giả định vượt quá giới hạn mà một thiên thể không còn được xác định là một hành tinh mà là một ngôi sao lùn nâu. Đây không phải là một giới hạn với ý nghĩa vật lý chính xác mà là một quy ước được Liên minh Thiên văn Quốc tế thông qua, vì các vật thể lớn sẽ đốt cháy hầu hết deuterium của chúng và các vật thể nhỏ hơn sẽ chỉ đốt cháy một phần nhỏ của nó. Lượng đơteri bị đốt cháy không chỉ phụ thuộc vào khối lượng mà còn phụ thuộc vào thành phần của hành tinh, đặc biệt là lượng heli và đơteri có mặt. Ví dụ, Bách khoa toàn thư về các hành tinh ngoài hệ mặt trời bao gồm các vật thể có khối lượng lên tới 25 sao Mộc và Trình khám phá dữ liệu ngoại hành tinh lên tới 24 khối lượng sao Mộc.

Sao Mộc và Sao Thổ

Sao Mộc và Sao Thổ được tạo thành chủ yếu từ hydro và heli, và phần lớn khối lượng của chúng được tạo thành từ hydro lỏng hoặc kim loại, có thể có lõi bằng đá hoặc được tạo thành từ niken và sắt. Lớp bên ngoài được tạo thành từ hydro phân tử, bao quanh một lớp hydro kim loại lỏng, với lõi nóng chảy có thể là đá và trong trường hợp của Sao Mộc, đường kính 12.000 km. Các lớp ngoài cùng của khí quyển hydro được đặc trưng bởi các đám mây nhìn thấy được thường bao gồm nước và amoniac. Bên trong, hydro được gọi là "kim loại" vì áp suất lớn biến nó thành chất dẫn điện.

Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương

Thành phần của các khí khổng lồ khác cũng tương tự, nhưng Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương chứa ít hydro hơn nhiều và lượng nước, amoniac và metan lớn hơn, đó là lý do tại sao chúng cũng được xác định là những người khổng lồ băng. Mặc dù thành phần bên trong không được biết rõ, đá và khí cũng có thể có, nhưng ở mức độ thấp hơn nhiều. Vì người ta cho rằng khí mê-tan có thể phân ly ở áp suất rất cao đạt tới độ sâu của hai hành tinh và cacbon có thể kết tinh trực tiếp ở đó như một viên kim cương, một số nhà thiên văn học tin rằng hạt nhân của Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương được cấu tạo từ kim cương; tuy nhiên, nghiên cứu sau đó đã loại trừ khả năng này. Ở các lớp thấp hơn, hydro lỏng bên trong các khối khí khổng lồ bị nén đến mức nó trở thành kim loại trong tự nhiên. Hydro kim loại chỉ bền dưới áp suất lớn như vậy.

Những gã khổng lồ khí ngoại cực

Do các kỹ thuật sẵn có, nhiều ngoại hành tinh đã biết có khối lượng tương đương và thường lớn hơn nhiều so với Sao Mộc, và trên cơ sở đó người ta cho rằng chúng có thể là những người khổng lồ khí. Tuy nhiên, thành phần và cấu trúc của chúng vẫn chưa được biết rõ; nhiều hành tinh trong số này quay quanh quỹ đạo rất gần với ngôi sao mẹ của chúng, chẳng hạn như cái gọi là sao Mộc nóng, và việc chúng