Un planeta gigante es un tipo diverso de planeta mucho más grande que la Tierra. Por lo general, están compuestos principalmente de materiales de bajo punto de ebullición ( volátiles ), en lugar de roca u otra materia sólida , pero también pueden existir planetas sólidos masivos . Hay cuatro planetas gigantes conocidos en el Sistema Solar : Júpiter , Saturno , Urano y Neptuno . Se han identificado muchos planetas gigantes extrasolares orbitando otras estrellas .
A veces también se les llama planetas jovianos , en honor a Júpiter ( siendo Júpiter otro nombre del dios romano Júpiter ). A veces también se les conoce como gigantes gaseosos . Sin embargo, muchos astrónomos ahora aplican este último término sólo a Júpiter y Saturno, clasificando a Urano y Neptuno, que tienen diferentes composiciones, como gigantes de hielo . [1] Ambos nombres son potencialmente engañosos: todos los planetas gigantes consisten principalmente en fluidos por encima de sus puntos críticos , donde no existen fases distintas de gas y líquido. Los componentes principales son hidrógeno y helio en el caso de Júpiter y Saturno, y agua , amoníaco y metano en el caso de Urano y Neptuno.
Se debaten las diferencias que definen entre una enana marrón de muy baja masa y un gigante gaseoso masivo ( ~13 MJ ). Una escuela de pensamiento se basa en la formación; el otro, sobre la física del interior. Parte del debate se refiere a si las enanas marrones deben, por definición, haber experimentado una fusión nuclear en algún momento de su historia. [2]
El término gigante gaseoso fue acuñado en 1952 por el escritor de ciencia ficción James Blish y originalmente se utilizó para referirse a todos los planetas gigantes. Podría decirse que es un nombre poco apropiado, porque en la mayor parte del volumen de estos planetas la presión es tan alta que la materia no se encuentra en forma gaseosa. [3] Aparte de las capas superiores de la atmósfera, [4] es probable que toda la materia esté más allá del punto crítico , donde no hay distinción entre líquidos y gases. Planeta fluido sería un término más exacto. Júpiter también tiene hidrógeno metálico cerca de su centro, pero gran parte de su volumen es hidrógeno, helio y trazas de otros gases por encima de sus puntos críticos. Las atmósferas observables de todos estos planetas (a menos de una unidad de profundidad óptica ) son bastante delgadas en comparación con sus radios, y sólo se extienden quizás el uno por ciento del camino hacia el centro. Por tanto, las partes observables son gaseosas (a diferencia de Marte y la Tierra, que tienen atmósferas gaseosas a través de las cuales se puede ver la corteza).
El término bastante engañoso 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 la fase de la materia . En el Sistema Solar exterior, el hidrógeno y el helio se denominan gases ; agua, metano y amoníaco en forma de hielo ; y silicatos y metales como roca . Cuando se consideran los interiores planetarios profundos, puede que no esté lejos de decir que, por hielo , los astrónomos se refieren a oxígeno y carbono , por roca se refieren a silicio y por gas se refieren a hidrógeno y helio. Las muchas diferencias entre Urano y Neptuno y Júpiter y Saturno han llevado a algunos a utilizar el término sólo para planetas similares a estos dos últimos. Con esta terminología en mente, algunos astrónomos han comenzado a referirse a Urano y Neptuno como gigantes de hielo para indicar el predominio de los hielos (en forma fluida) en su composición interior. [5]
El término alternativo planeta joviano se refiere al dios romano Júpiter (cuya forma genitiva es Jovis , de ahí joviano ) y pretendía indicar que todos estos planetas eran similares a Júpiter.
Los objetos lo suficientemente grandes como para iniciar la fusión de deuterio (más de 13 masas de Júpiter para la composición solar) se llaman enanas marrones , y ocupan el rango de masas entre la de los grandes planetas gigantes y las estrellas de menor masa . El límite de 13 masas de Júpiter ( MJ ) es una regla general más que algo de significado físico preciso. Los objetos más grandes quemarán la mayor parte de su deuterio y los más pequeños quemarán sólo un poco, y el valor de 13 MJ se encuentra en algún punto intermedio. [6] La cantidad de deuterio quemada depende no sólo de la masa sino también de la composición del planeta, especialmente de la cantidad de helio y deuterio presentes. [7] La Enciclopedia de Planetas Extrasolares incluye objetos de hasta 60 masas de Júpiter, y el Exoplanet Data Explorer de hasta 24 masas de Júpiter. [8] [9]
Un planeta gigante es un planeta masivo y tiene una atmósfera espesa de hidrógeno y helio . Es posible que tengan un núcleo denso fundido de elementos rocosos, o que el núcleo se haya disuelto por completo y se haya dispersado por todo el planeta si el planeta está lo suficientemente caliente. [10] En los planetas gigantes "tradicionales" como Júpiter y Saturno (los gigantes gaseosos), el hidrógeno y el helio constituyen la mayor parte de la masa del planeta, mientras que en Urano y Neptuno sólo forman una envoltura exterior , que en cambio están compuestos en su mayor parte. de agua , amoníaco y metano , por lo que se los conoce cada vez más como " gigantes de hielo ".
Los planetas gigantes extrasolares que orbitan muy cerca de sus estrellas son los exoplanetas más fáciles de detectar. Se les llama Júpiter caliente y Neptuno caliente porque tienen temperaturas superficiales muy altas. Los Júpiter calientes eran, hasta la llegada de los telescopios espaciales, la forma más común de exoplaneta conocida, debido a la relativa facilidad de detectarlos con instrumentos terrestres.
Se suele decir que los planetas gigantes carecen de superficies sólidas, pero es más exacto decir que carecen de superficies por completo, ya que los gases que los forman simplemente se vuelven cada vez más delgados a medida que aumenta la distancia desde los centros de los planetas, hasta llegar a ser indistinguibles del medio interplanetario. Por lo tanto, aterrizar en un planeta gigante puede ser posible o no, dependiendo del tamaño y la composición de su núcleo.
Los gigantes gaseosos están compuestos principalmente de hidrógeno y helio. Los gigantes gaseosos del Sistema Solar, Júpiter y Saturno , tienen elementos más pesados que representan entre el 3 y el 13 por ciento de su masa. [11] Se cree que los gigantes gaseosos consisten en una capa externa de hidrógeno molecular , que rodea una capa de hidrógeno metálico líquido , con un probable núcleo fundido con una composición rocosa.
La porción más externa de la atmósfera de hidrógeno de Júpiter y Saturno tiene muchas capas de nubes visibles que están compuestas principalmente de agua y amoníaco. La capa de hidrógeno metálico constituye la mayor parte de cada planeta y se la conoce como "metálica" porque la presión muy alta convierte el hidrógeno en un conductor eléctrico. Se cree que el núcleo está formado por elementos más pesados a temperaturas y presiones tan altas (20.000 K) que sus propiedades no se conocen bien. [11]
Los gigantes de hielo tienen composiciones interiores claramente diferentes a las de los gigantes gaseosos. Los gigantes de hielo del Sistema Solar, Urano y Neptuno , tienen una atmósfera rica en hidrógeno que se extiende desde las cimas de las nubes hasta aproximadamente el 80% (Urano) o el 85% (Neptuno) de su radio. Por debajo, son predominantemente "helados", es decir, compuestos principalmente de agua, metano y amoníaco. También hay algo de roca y gas, pero varias proporciones de hielo-roca-gas podrían imitar al hielo puro, por lo que se desconocen las proporciones exactas. [12]
Urano y Neptuno tienen capas atmosféricas muy nebulosas con pequeñas cantidades de metano, lo que les da colores aguamarina; azul claro y ultramar respectivamente. Ambos tienen campos magnéticos que están muy inclinados con respecto a sus ejes de rotación.
A diferencia de otros planetas gigantes, Urano tiene una inclinación extrema que hace que sus estaciones sean muy pronunciadas. Los dos planetas también tienen otras diferencias sutiles pero importantes. Urano tiene más hidrógeno y helio que Neptuno a pesar de ser menos masivo en general. Por tanto, Neptuno es más denso y tiene mucho más calor interno y una atmósfera más activa. El modelo de Niza , de hecho, sugiere que Neptuno se formó más cerca del Sol que Urano y, por tanto, debería tener más elementos pesados.
También pueden existir planetas sólidos masivos .
Es posible que se formen planetas sólidos de hasta miles de masas terrestres alrededor de estrellas masivas ( estrellas de tipo B y tipo O ; 5 a 120 masas solares), donde el disco protoplanetario contendría suficientes elementos pesados. Además, estas estrellas tienen una alta radiación ultravioleta y vientos que podrían fotoevaporar el gas del disco, dejando solo los elementos pesados. A modo de comparación, la masa de Neptuno equivale a 17 masas terrestres, Júpiter tiene 318 masas terrestres y el límite de 13 masas de Júpiter utilizado en la definición funcional de exoplaneta de la IAU equivale aproximadamente a 4000 masas terrestres. [13]
Un super-puff es un tipo de exoplaneta con una masa sólo unas pocas veces mayor que la de la Tierra pero un radio mayor que el de Neptuno , lo que le confiere una densidad media muy baja . Son más fríos y menos masivos que los Júpiter calientes inflados y de baja densidad . Los ejemplos más extremos conocidos son los tres planetas alrededor de Kepler-51 , todos del tamaño de Júpiter pero con densidades inferiores a 0,1 g/cm 3 . [14]
Debido a las limitadas técnicas disponibles actualmente para detectar exoplanetas , muchos de los encontrados hasta la fecha han sido de un tamaño asociado, en el Sistema Solar, a planetas gigantes. Debido a que se infiere que estos grandes planetas tienen más en común con Júpiter que con los otros planetas gigantes, algunos han afirmado que "planeta joviano" es un término más preciso para ellos. Muchos de los exoplanetas están mucho más cerca de sus estrellas madre y, por tanto, mucho más calientes que los planetas gigantes del Sistema Solar, lo que hace posible que algunos de esos planetas sean de un tipo no observado en el Sistema Solar. Teniendo en cuenta la abundancia relativa de los elementos del universo (aproximadamente 98% de hidrógeno y helio), sería sorprendente encontrar un planeta predominantemente rocoso y más masivo que Júpiter. Por otro lado, los modelos de formación de sistemas planetarios han sugerido que los planetas gigantes no podrían formarse tan cerca de sus estrellas como se ha observado que orbitan muchos de los planetas gigantes extrasolares.
Las bandas que se ven en la atmósfera de Júpiter se deben a corrientes de material en contracirculación llamadas zonas y cinturones, que rodean el planeta paralelo a su ecuador. Las zonas son las bandas más claras y se encuentran a mayores altitudes en la atmósfera. Tienen una corriente ascendente interna y son regiones de alta presión. Los cinturones son las bandas más oscuras, están más abajo en la atmósfera y tienen una corriente descendente interna. Son regiones de baja presión. Estas estructuras son algo análogas a las células de alta y baja presión de la atmósfera terrestre, pero tienen una estructura muy diferente: bandas latitudinales que rodean todo el planeta, a diferencia de pequeñas células de presión confinadas. Esto parece ser el resultado de la rápida rotación y la simetría subyacente del planeta. No hay océanos ni masas de tierra que provoquen un calentamiento local y la velocidad de rotación es mucho mayor que la de la Tierra.
También hay estructuras más pequeñas: manchas de diferentes tamaños y colores. En Júpiter, la más notable de estas características es la Gran Mancha Roja , que ha estado presente durante al menos 300 años. Estas estructuras son enormes tormentas. Algunos de esos lugares también son nubes de tormenta.
