Un gigante gaseoso es un planeta gigante compuesto principalmente de hidrógeno y helio . [1] Los gigantes gaseosos también se llaman estrellas fallidas porque contienen los mismos elementos básicos que una estrella . [ cita requerida ] Júpiter y Saturno son los gigantes gaseosos del Sistema Solar . El término "gigante gaseoso" era originalmente sinónimo de " planeta gigante ". Sin embargo, en la década de 1990 se supo que Urano y Neptuno son en realidad una clase distinta de planetas gigantes, compuestos principalmente de sustancias volátiles más pesadas (a las que se hace referencia como " hielos "). Por esta razón, hoy en día a menudo se clasifica a Urano y Neptuno en la categoría separada de gigantes de hielo . [2]
Júpiter y Saturno están compuestos principalmente de hidrógeno y helio, y los elementos más pesados representan entre el 3 y el 13 por ciento de su masa. [3] Se cree que consisten en una capa exterior de hidrógeno molecular comprimido que rodea una capa de hidrógeno metálico líquido , probablemente con un núcleo rocoso fundido en su interior. La porción más externa de su atmósfera de hidrógeno contiene muchas capas de nubes visibles que están compuestas principalmente de agua (a pesar de la certeza anterior de que no había agua en ningún otro lugar del Sistema Solar) y amoníaco . La capa de hidrógeno metálico situada en el medio interior constituye la mayor parte de cada gigante gaseoso y se denomina "metálica" porque la gran presión atmosférica convierte el hidrógeno en un conductor eléctrico. Se cree que los núcleos de los gigantes gaseosos están formados por elementos más pesados a temperaturas tan altas (20.000 K [19.700 °C ; 35.500 °F ]) y presiones que sus propiedades aún no se comprenden completamente. La ubicación de los gigantes gaseosos del sistema solar puede explicarse mediante la hipótesis de Grand Tack . [3]
Se debaten las diferencias definitorias entre una enana marrón de muy baja masa (que puede tener una masa tan baja como aproximadamente 13 veces la de Júpiter [4] ) y un gigante gaseoso. [5] Una escuela de pensamiento se basa en la formación; el otro, sobre la física del interior. [5] Parte del debate se refiere a si las enanas marrones deben, por definición, haber experimentado fusión nuclear en algún momento de su historia.
El término gigante gaseoso fue acuñado en 1952 por el escritor de ciencia ficción James Blish [6] y se utilizó originalmente para referirse a todos los planetas gigantes . Podría decirse que es un nombre poco apropiado porque en la mayor parte del volumen de todos los planetas gigantes, la presión es tan alta que la materia no está en forma gaseosa. [7] Aparte de los sólidos en el núcleo y las capas superiores de la atmósfera, toda la materia se encuentra por encima del punto crítico , donde no hay distinción entre líquidos y gases. [8] Sin embargo, el término se ha popularizado, porque los científicos planetarios suelen utilizar "roca", "gas" y "hielo" como abreviaturas de clases de elementos y compuestos que se encuentran comúnmente como constituyentes planetarios, independientemente de en qué fase pueda aparecer la materia. En el Sistema Solar exterior, el hidrógeno y el helio se denominan "gases"; agua, metano y amoníaco como "hielos"; y silicatos y metales como "rocas". En esta terminología, dado que Urano y Neptuno están compuestos principalmente de hielo, no de gas, se les llama más comúnmente gigantes de hielo y se diferencian de los gigantes gaseosos.
Teóricamente, los gigantes gaseosos se pueden dividir en cinco clases distintas según sus propiedades físicas atmosféricas modeladas y, por tanto, su apariencia: nubes de amoníaco (I), nubes de agua (II), nubes sin nubes (III), nubes de metales alcalinos (IV) y nubes de silicato (V). Júpiter y Saturno son ambos de clase I. Los Júpiter calientes son de clase IV o V.
Un gigante gaseoso frío rico en hidrógeno, más masivo que Júpiter pero de menos de aproximadamente 500 ME ( 1,6 MJ ) , sólo tendrá un volumen ligeramente mayor que Júpiter. [9] Para masas superiores a 500 M E , la gravedad hará que el planeta se encoja (ver materia degenerada ). [9]
El calentamiento Kelvin-Helmholtz puede hacer que un gigante gaseoso irradie más energía de la que recibe de su estrella anfitriona. [10] [11]
Aunque las palabras "gas" y "gigante" a menudo se combinan, los planetas de hidrógeno no tienen por qué ser tan grandes como los conocidos gigantes gaseosos del Sistema Solar. Sin embargo, los planetas gaseosos más pequeños y los planetas más cercanos a su estrella perderán masa atmosférica más rápidamente a través del escape hidrodinámico que los planetas más grandes y los planetas más lejanos. [12] [13]
Una enana gaseosa podría definirse como un planeta con un núcleo rocoso que ha acumulado una gruesa envoltura de hidrógeno, helio y otros volátiles, teniendo como resultado un radio total de entre 1,7 y 3,9 radios terrestres. [14] [15]
El planeta extrasolar más pequeño conocido que probablemente sea un "planeta gaseoso" es Kepler-138d , que tiene la misma masa que la Tierra pero es un 60% más grande y, por tanto, tiene una densidad que indica una gruesa envoltura de gas. [dieciséis]
Un planeta gaseoso de baja masa aún puede tener un radio parecido al de un gigante gaseoso si tiene la temperatura adecuada. [17]
El calor que las tormentas locales canalizan hacia arriba es un factor importante del clima en los gigantes gaseosos. [18] Gran parte, si no todo, del calor profundo que escapa del interior fluye hacia arriba a través de imponentes tormentas eléctricas. [18] Estas perturbaciones se convierten en pequeños remolinos que eventualmente forman tormentas como la Gran Mancha Roja en Júpiter. [18] En la Tierra y Júpiter, los rayos y el ciclo hidrológico están íntimamente vinculados para crear tormentas intensas. [18] Durante una tormenta terrestre, la condensación libera calor que empuja el aire ascendente hacia arriba. [18] Este motor de "convección húmeda" puede segregar cargas eléctricas en diferentes partes de una nube; la reunión de esas cargas es relámpago. [18] Por lo tanto, podemos utilizar los rayos para indicarnos dónde está ocurriendo la convección. [18] Aunque Júpiter no tiene océano ni suelo húmedo, la convección húmeda parece funcionar de manera similar en comparación con la Tierra. [18]
La Gran Mancha Roja (GRS) es un sistema de alta presión ubicado en el hemisferio sur de Júpiter. [19] El GRS es un poderoso anticiclón que gira a entre 430 y 680 kilómetros por hora en sentido antihorario alrededor del centro. [19] La mancha se ha hecho conocida por su ferocidad, incluso alimentándose de tormentas jovianas más pequeñas. [19] Las tolinas son compuestos orgánicos marrones que se encuentran en la superficie de varios planetas y se forman por exposición a la irradiación ultravioleta. Las tolinas que existen en la superficie de Júpiter son absorbidas por la atmósfera por las tormentas y la circulación; Se plantea la hipótesis de que las tolinas que son expulsadas del regolito se quedan atrapadas en el GRS de Júpiter, provocando que se vuelva rojo.
La condensación de helio crea lluvia de helio líquido sobre los gigantes gaseosos. En Saturno, esta condensación de helio se produce a determinadas presiones y temperaturas cuando el helio no se mezcla con el hidrógeno metálico líquido presente en el planeta. [20] Las regiones de Saturno donde el helio es insoluble permiten que el helio más denso forme gotas y actúe como fuente de energía, tanto a través de la liberación de calor latente como al descender más profundamente hacia el centro del planeta. [21] Esta separación de fases conduce a gotas de helio que caen como lluvia a través del hidrógeno metálico líquido hasta que alcanzan una región más cálida donde se disuelven en el hidrógeno. [20] Dado que Júpiter y Saturno tienen diferentes masas totales, las condiciones termodinámicas en el interior del planeta podrían ser tales que este proceso de condensación sea más frecuente en Saturno que en Júpiter. [21] La condensación de helio podría ser responsable del exceso de luminosidad de Saturno, así como del agotamiento del helio en la atmósfera tanto de Júpiter como de Saturno. [21]
El calor interno de Urano es muy bajo. Urano es el planeta más frío del Sistema Solar con una temperatura atmosférica superior de -224 °C. [22] Las secciones más profundas del manto están tan calientes y bajo tal presión que el metano se descompone en carbono elemental. [22] La lluvia de diamantes es el resultado potencial de este fenómeno. [22] Más arriba en la atmósfera, donde las condiciones son más suaves, se han detectado productos de la fotólisis del metano (como acetileno y diacetileno); Es probable que haya mucha química orgánica interesante (procesos potencialmente posibilitadores de vida) en las regiones entre la zona de nucleación del diamante y la atmósfera superior. [22]
