Планеты-гиганты. 
Проблема происхождения Солнечной системы

В настоящее время считается, что Солнечная система состоит из звезды Солнце и 9 планет. По физическим характеристикам восемь больших планет (исключая Плутон) можно разделить на две группы. Одну из них — планеты земной группы — составляют Земля и сходные с ней Меркурий, Венера и Марс. Во вторую группу входят планеты — гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Разделение планет на группы прослеживается по трём характеристикам (размерам, плотности и массе). Средняя плотность планет земной группы примерно в 5 раз больше средней плотности планет — гигантов. Большая часть массы планет земной группы приходится на долю твёрдого состояния вещества — оксидов и других соединений тяжёлых химических элементов: железа, магния, алюминия, кремния и неметаллов. Малая плотность планет — гигантов (у Сатурна она меньше плотности воды) объясняется тем, что основная часть их массы находится в газообразном и жидком состояниях. В составе этих планет преобладают водород и гелий. Этим они похожи на Солнце и многие другие звёзды, у которых водород и гелий составляют примерно 98 процентов массы. Остальные вещества, которые составляют основу планет типа Земля, находятся в планетах — гигантах примерно лишь один процент их массы. Планеты — гиганты быстрее вращаются вокруг оси. Отличаются они и количеством спутников: на 4 планеты земной группы приходится всего 3 спутника, у Юпитера насчитывается их более 60, у Сатурна — 62, Урана — 27, Нептуна — 13.

Любая из планет — гигантов превосходит по массе все планеты земной группы, вместе взятые. Все планеты имеют мощные протяженные атмосферы, состоящие в основном из молекулярного водорода и содержащие гелий, метан, аммиак, воду. На планетах атмосферный газообразный водород переходит в жидкую, а затем в твёрдую фазу. Сжатие этих планет вызвано их быстрым вращением вокруг оси. Экваториальные области планет вращаются быстрее, чем области, находящиеся ближе к полюсам. Планеты — гиганты находятся далеко от Солнца, поэтому там очень холодно. Кроме множества спутников, все планеты имеют ещё и кольца. Вероятнее всего, кольца образовались из вещества тех спутников, которые прежде были крупнее, а затем разрушились под действием приливных сил и при столкновениях между собой. Предполагают, что в недрах этих планет вещество должно иметь высокую температуру.

Юпитер — самая большая из планет Солнечной системы. Его размер в 2 раза превышает все остальные планеты, если их сложить вместе. Сила притяжения Юпитера чрезвычайно велика, здесь всякий весил бы в 2 раза больше, чем на Земле. В отличие от планет земного типа, состоящих из силикатного (каменного) материала с ядром, обогащенным железом (у некоторых планет), Юпитер состоит из сжиженных лёгких газов и горячего жидкого водорода и, возможно, имеет небольшое силикатное ядро, которое в 10−100 раз превышает массу всей Земли. Огромный жидкий шар планеты диаметром 143 тысячи километров покрыт слоем атмосферы толщиной в тысячу километров. Планета обладает мощным магнитным полем. Юпитер имеет кольца. По всей видимости, планету окружают светлые и тёмные пояса, вокруг неё вращаются более 60 Лун разных размеров. Вращается Юпитер настолько быстро, что день и ночь длятся 10 земных часов (9250 минут). Продолжительность года: 11,9 земных лет. Среднее расстояние от Солнца во время противостояния — 630 миллионов километров, что составляет в 5 раз дальше, чем Земля. Средняя температура: минус 150 градусов по Цельсию. Диаметр экватора — 142.800 километров. В атмосфере планеты, состоящей из водорода и гелия, наблюдаются устойчивые вихревые структуры. Их размеры отличаются завидным постоянством. Подобные структуры получили название: Красное пятно, Голубое пятно, Белое пятно. Юпитер в 1300 раз больше и в 318 раз массивнее Земли. Плотность вещества планеты лишь немного превышает плотность воды. Учёные в результате математических расчётов установили, что Юпитер излучает энергии в 2 раза больше, чем получает от Солнца. Значит, планета обладает собственным источником энергии. Иногда говорят, что Юпитер это несостоявшаяся звезда. Будь его масса несколько больше, температура ядра повысилась бы на столько, что начались термоядерные реакции и Юпитер засиял бы, как Солнце. Эта планета представляет собой огромный, быстро вращающийся шар. В нём содержатся в основном водород, меньше гелия, в небольших количествах присутствуют другие химические элементы. Юпитер быстро вращается, поэтому у полюсов этот газовый шар сильно сплюснут. На верхнем слое атмосферы дуют ураганы, скорость ветра превышает 500 километров в час. Неудивительно, что самая большая планета Солнечной системы носит имя царя богов. Планета названа в честь римского верховного бога (у греков — Зевс, что значит «свет»), управляющего судьбами мира и людей. Он имел при себе совет из богов и решал все земные дела.

Сатурн — вторая по величине планета Солнечной системы после Юпитера. Шестая планета от Солнца невооруженным глазом видна как звезда первой величины бледно-желтого цвета. Среднее расстояние от Солнца 1427 миллионов километров. Сатурн движется по орбите со средней скоростью 2,64 километров в секунду. Период обращения 29,5 года. Поверхность не просматривается из-за непрозрачности атмосферы. Средний диаметр с учетом непрозрачного слоя атмосферы 120.536 километров. Сатурн обладает заметной кольцевой системой, состоящей, главным образом, из частичек льда, меньшего количества горных пород и пыли. Кольца расположены в плоскости экватора и при близком рассмотрении представляют собой тонкие концентрические круги, разделенные темными полосами, — своеобразная грампластинка. Кольца образуют миллиарды отражающих солнечный свет твёрдых частиц размером от песчинки до нескольких метров. Твёрдые частицы расположены неравномерно и образуют три кольца: внешнее, среднее, отделенное от внешнего так называемой щелью Кассини, и внутреннее, иногда называемое креповым. Скорость вращения колец убывает по мере удаления от планеты. Частицы колец, вероятно, ледяные, состоящие из мелких камешков. В кольцах зафиксированы электроразряды, возможно вызываемые столкновением частиц. Кольца сложены из кусков Лун, разорванных силой притяжения Сатурна. Сатурн назван в честь римского бога посева и жатвы Сатурна, аналога греческого Кроноса (титана, отца Зевса) и вавилонского Нинурты. Атрибутом бога был серп, ставший символом планеты. В основном Сатурн состоит из водорода с примесями гелия и следами воды, метана, аммиака и «горных пород». Внутренняя область представляет собой небольшое ядро из горных пород и льда, покрытого тонким слоем металлического водорода и газообразным внешним слоем. Внешняя атмосфера планеты кажется спокойной и безмятежной, хотя иногда на ней появляются некоторые долговечные особенности. Скорость ветра на планете может достигать местами 1800 километров в час, что значительно больше, чем на Юпитере. У Сатурна имеется планетарное магнитное поле, занимающее промежуточное звено по мощности между магнитным полем Земли и мощным полем Юпитера. Магнитное поле Сатурна простирается на 1 миллион километров в направлении Солнца. Ударная волна была зафиксирована Вояджером — 1 на расстоянии в 26,2 радиуса Сатурна от самой планеты. Вокруг планеты обращается 62 известных на данный момент спутника, которые делятся на три группы: большой спутник — Титан, средние и малые спутники.

Планета Уран находится от Солнца в 19 раз дальше, чем Земля. Уран стал первой планетой, обнаруженной в Новое время и открытой при помощи телескопа. Несмотря на то, что его диаметр равен диаметру Земли, даже в сильный телескоп он выглядит крошечным зеленовато-голубым диском. Уран расположен от Солнца на среднем расстоянии 2860 миллионов километров, вдвое дальше Сатурна. Движется по орбите со средней скоростью 6,8 километров в секунду, совершая полный оборот за 84,015 года. Период его вращения вокруг своей оси 17,24 часа, причём это вращение обратное, в отличие от других небесных тел. Наклон плоскости экватора к плоскости орбиты 98 градусов, то есть его ось вращения практически лежит в плоскости орбиты и он как бы катится по ней. В отличие от нашей планеты, Уран в основном состоит из газов. Уран — седьмая по удалённости от Солнца, третья по диаметру и четвёртая по массе планета Солнечной системы. Была открыта в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем и названа в честь греческого бога Неба, супруга Геи (Земли), отца Кроноса (в римской мифологии Сатурна) и деда Зевса, а также отца титанов, циклопов и сторуких исполинов. Он был первым правителем Вселенной. С открытием Урана впервые со времён античности были расширены границы Солнечной системы в глазах человека. Несмотря на то, что порой Уран различим невооружённым глазом, ранние наблюдатели никогда не признавали Уран за планету из-за его тусклости и медленного движения по орбите. В 1986 году Вояджер — 2 передал на Землю снимки планеты с близкого расстояния. На них видна «невыразительная» в видимом спектре планета без облачных полос и атмосферных штормов, характерных для других планет — гигантов. Однако в настоящее время наземными наблюдателями удалось различить признаки сезонных изменений и увеличения погодной активности на планете, вызванных приближением Урана к точке своего равноденствия. Скорость ветров на Уране может достигать 240 километров в секунду. Как все планеты — гиганты, Уран окутан плотной и глубокой атмосферой. Между атмосферой и жидкой оболочкой нет чёткой границы Верхнюю границу атмосферы, мощность которой достигает 70 метров, образуют облака. Атмосфера содержит водород, гелий, метан, незначительное количество ацетилена, цианида водорода. Внешняя часть атмосферы очень прозрачна, зеленовато-голубого цвета. Цвет газовой оболочки Урана является результатом того, что красные лучи поглощаются метаном. На Уране обнаружены пояса атмосферной дымки. Белые облачные образования, вероятно, состоят из метанового инея. Всего у Урана обнаружено 10 колец и ещё неполные кольца или сегменты колец. В отличие от светлых колец Сатурна, эти кольца очень тёмные, они отражают лишь 3 процента падающего на них света (чернее каменного угля). Кольца Урана состоят из множества отдельных тел размером не более 4−6 километров. У планеты обнаружено 27 спутников. Их делят на три группы: ближние, главные и дальние. Система спутников Урана отличается от других подобных систем тем, что орбиты большинства из них практически совпадают с плоскостью экватора планеты, то есть они двигаются перпендикулярно плоскости его орбиты, что уникально для Солнечной системы.

Своим названием планета Нептун обязана римскому богу источников, рек и морей. Его астрономический символ — стилизованная версия трезубца Нептуна. Нептун второй по мощи и энергии бог после своего брата Юпитера. Эта крупная планета расположена далеко в глубине Солнечной системы, на расстоянии примерно 4,5 миллиардов километров от Солнца, солнечный свет доходит до Нептуна за 4 часа. Дальше только Плутон. Чтобы совершить оборот вокруг Солнца, Нептуну требуется 164,8 года. Нептун — сплющенный сфероид с экваториальным диаметром 49.520 километров. Он движется по почти круговой орбите со средней скоростью 5,43 километра в секунду. Наклон плоскости экватора к плоскости орбиты 29,5 градусов. Период вращения (сутки) 19,2 часа. Будучи столь удалённой от Солнца, эта планета очень холодна. Средняя температура на поверхности около 55−60 градусов по Кельвину, а давление равно 7−8 мегабар. Нептун является четвёртой по диаметру и третьей по массе планетой. Масса планеты в 17,2 раза, а диаметр экватора в 3,9 раза больше таковых у Земли.

Обнаруженная 23 сентября 1846 года, планета стала первой планетой, открытой благодаря математическим расчётам, а не путём регулярных наблюдений. Обнаружение непредвиденных изменений в орбите Урана породило гипотезу о неизвестной планете, гравитационным возмущающим влиянием которой они и обусловлены. Нептун был найден в пределах предсказанного положения.

Вскоре был открыт и его спутник Тритон. Нептун был посещён лишь одним космическим аппаратом Вояджером — 2, который пролетел вблизи от планеты 25 августа 1989 года. Нептун по составу близок к Урану, и обе планеты отличаются по составу от более крупных планет — гигантов Юпитера и Сатурна. Планета состоит из различных льдов или затвердевших газов с содержанием около 15 процентов водорода и небольшого количества гелия.

Вероятно, у Нептуна есть твёрдое ядро, равное по массе Земле и состоящее из элементов, которые входят в состав ядер планет земной группы. Вокруг планеты имеется пять колец, аналогичных кольцам Сатурна. Атмосфера Нептуна имеет толщину около 2,5 километров и состоит в основном из водорода и гелия с небольшой примесью метана.

Такой состав атмосферы объясняет синий цвет планеты на фотоснимках, так как в ней поглощается красный цвет. На снимках планеты видны облака, а в поверхностных слоях — гигантские вихри в виде темно-синих и белых пятен, возможно содержащих метановый лёд. Нептун имеет 13 спутников, 12 спутников стали известны только в 20 веке. Два из них самые крупные — Тритон и Нереида.