¿Por qué se llama a Júpiter un "gigante gaseoso"?

La enorme gravedad de Júpiter convertiría su atmósfera primero en un líquido desde cierta profundidad, y luego en un sólido más hacia su centro.

Entonces, Júpiter tiene un núcleo sólido, sobre el cual hay una capa líquida y una atmósfera encima.

¿En qué se diferencia fundamentalmente Júpiter de los planetas interiores (sólidos)? ¿Por qué a Júpiter se le llama Gigante Gaseoso ?

Tenga en cuenta que la mayoría de esos modelos sobre el funcionamiento interno de los planetas más grandes no se han muestreado a fondo. Son proyecciones basadas en lo que se sabe sobre lo obvio: composición, masa, volumen, hidrodinámica visible en las superficies, campos magnéticos, etc. Se han lanzado muy pocas sondas en el interior de esos planetas, por lo que hay mucho espacio para la incertidumbre.
¿No debería preguntarse esto en Astronomy SE?
Claramente fuera de tema aquí. No hay referencia a las observaciones de una sonda. Marcado pero bandera rechazada.
@JamesK: Probablemente porque el estudio del sol y los planetas (pero no necesariamente los exoplanetas) es un tema aquí por derecho propio, sin importar cómo se logre.

Respuestas (3)

El hecho de que Júpiter sea un gigante gaseoso no se trata de su apariencia, como indicó otra respuesta. Se trata sólo de la distribución masiva de un planeta.

La masa de Júpiter es de 320 masas terrestres, mientras que sabemos por la misión Juno que la roca/hielo en el núcleo representa de 5 a 25 de estas masas terrestres. Así que el resto de unas 300 masas terrestres es gas.

Por tanto, Júpiter es un gigante gaseoso. Es así de simple. Los estados más exóticos de la materia en los que probablemente existan los sólidos en su interior, no afectan la definición de un gigante gaseoso.

Para poner eso en perspectiva:

  • Lo mismo ocurre con Saturno , 95 masas terrestres en total, con unas 20 masas terrestres estimadas en el núcleo. Así que 75 masas terrestres de gas. Gas gigante.
  • Urano y Neptuno son diferentes. Sus masas son 14 y 17 masas terrestres, respectivamente, con al menos la mitad en roca/hielo. Por lo tanto, no son gigantes gaseosos, sino vagamente llamados "gigantes de hielo".

Otra forma de inferir de qué está hecho Júpiter es observar su densidad promedio. Así es como se hizo históricamente, antes de que tuviéramos modelos informáticos sofisticados y experimentos de laboratorio de alta presión.

Conociendo las leyes de Newton, se puede medir la masa de Júpiter METRO de sus lunas en órbita. Su tamaño r se conoce a la distancia. Así se puede calcular su densidad media ρ ¯ = METRO 4 / 3 π r 3 y encuentra un valor de ρ ¯ ♃ = 1.326   gramo / C metro 3 . Esto es significativamente más bajo que lo que tiene la Tierra ( ρ ¯ ⊕ = 5.55   gramo / C metro 3 ) y los demás planetas rocosos.

A través de un promedio ponderado simple con una masa de roca de un pequeño porcentaje, se dio cuenta desde el principio de que se necesita una gran cantidad de gas para alcanzar una densidad promedio tan baja para un planeta como Júpiter.

Un detalle interesante aquí es que uno no puede construir a Júpiter solo con gas, la densidad promedio resultante sería más baja que la real. Así es como se dio cuenta de que algún material muy denso debe existir en algún lugar de Júpiter, posiblemente un núcleo de material sólido.

"La masa de Júpiter es de 320 masas terrestres, mientras que sabemos por la misión Juno que 5-25 de ellas están en roca/hielo en el núcleo. Así que el resto de unas 300 masas terrestres es gas". ¿Sin líquido?
"Se trata solo de la distribución masiva de un planeta". "Los estados más exóticos de la materia en los que probablemente existan los sólidos en su interior, no afectan la definición de un gigante gaseoso". Sería bueno si la respuesta realmente estableciera la definición de un gigante gaseoso.
@JiK: No hay una definición estricta. En el caso del sistema solar, los límites son claros, porque nuestros planetas están muy bien ordenados en una jerarquía de masas. Pero cuando miras en la base de datos de exoplanetas, todo lo que tenemos son densidades promedio, y están por todas partes. Si está interesado, puedo editar un gráfico para eso. Hay definiciones para gigantes gaseosos de la teoría de formación de planetas, pero allí la física no es 100% clara y las clasificaciones aún están en disputa.
@DavidRicherby: Claro, habrá varios líquidos flotando por ahí a altas presiones. Pero estaba presentando la argumentación fundamental de por qué se necesita otro componente muy denso además del hidrógeno para explicar la masa de Júpiter a una densidad media dada.
@DavidRicherby La mayoría del "gas" se encuentra en una fase de fluido supercrítico, que puede considerarse un híbrido entre líquido y gas; la distinción no existe a esas presiones/temperaturas. Sin embargo, el "gigante de fluido supercrítico" no tiene el mismo sonido.
No creo que la cantidad de roca en el núcleo de Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno sea tan conocida como nos hace creer. En particular, las inferencias a partir de la densidad promedio son nulas, ya que el gas se comporta de manera diferente a las altas presiones debido a la degeneración de los electrones. El radio de las esferas gaseosas de masas entre la de Júpiter y ~10 veces más son todas iguales.
@Walter: Tiene razón, y la densidad promedio ofc no es el método de elección en el nivel de investigación. En su lugar, se utilizan valores tabulados de la Ecuación de Estado del material interno supuesto. Aún así, mi afirmación se mantiene entonces, que si uno hace eso solo con H/He, uno sobreestimará/inflará el radio de Júpiter. Hay documentos antiguos y nuevos de Burrows+1997, Baraffe+2003 o Mordasini+2012 sobre eso, si está interesado en obtener más detalles.
Los gigantes de hielo también suelen llamarse gigantes gaseosos porque, incluso si son solo gases minoritarios, todavía son mucho más que otros cuerpos. Por ejemplo, la atmósfera de la Tierra es solo una millonésima parte de la masa del planeta. Incluso Venus solo maneja alrededor de 100 ppm de atmósfera.
@JG Tal vez de una manera superficial. En el contexto de la formación de exoplanetas y planetas, la diferente nomenclatura, incluso si no se aplica de manera estricta, ciertamente importa.

Una de las razones por las que se les llama gigantes gaseosos es porque en su mayoría están compuestos de elementos que son gaseosos en la Tierra, como temperaturas y presiones.

Júpiter está compuesto principalmente de hidrógeno y una cuarta parte de su masa es helio, aunque el helio comprende solo alrededor de una décima parte del número de moléculas.

La atmósfera superior de Júpiter tiene aproximadamente un 88-92% de hidrógeno y un 8-12% de helio por porcentaje de volumen de moléculas de gas. Un átomo de helio tiene aproximadamente cuatro veces más masa que un átomo de hidrógeno, por lo que la composición cambia cuando se describe como la proporción de masa aportada por diferentes átomos. Por lo tanto, la atmósfera de Júpiter tiene aproximadamente un 75 % de hidrógeno y un 24 % de helio en masa, y el uno por ciento restante de la masa consiste en otros elementos. La atmósfera contiene trazas de metano, vapor de agua, amoníaco y compuestos a base de silicio. También hay rastros de carbono, etano, sulfuro de hidrógeno, neón, oxígeno, fosfina y azufre. La capa más externa de la atmósfera contiene cristales de amoníaco congelado. El interior contiene materiales más densos: en masa es aproximadamente un 71 % de hidrógeno, un 24 % de helio y un 5 % de otros elementos.

https://en.wikipedia.org/wiki/Júpiter

Así que Júpiter y Saturno están casi totalmente compuestos de hidrógeno y helio, elementos que son gaseosos en la Tierra como temperaturas y presiones. ¡Por supuesto que las temperaturas y presiones más profundas dentro de Júpiter y Saturno no son exactamente como las de la Tierra!

Pero los elementos que los componen son comúnmente llamados gases aunque puedan estar en condiciones exóticas como hidrógeno metálico líquido bajo la inmensa presión y temperatura dentro de los planetas. La mayoría de nosotros pensamos en el hidrógeno y el helio como elementos gaseosos, no líquidos, sólidos o formas de materia muy exóticas.

Así, Júpiter y Saturno son "gigantes gaseosos".

Una segunda razón por la que se les llama "gigantes gaseosos" es histórica. El famoso escritor de ciencia ficción James Blish escribió una historia de ciencia ficción llamada "Solar Plexus", publicada en Astonishing stories , septiembre de 1941. "Solar Plexus" fue reescrita y republicada en una antología Beyond Human Ken , editada por Judith Merrill, 1954. The 1954 versión reescrita contenía la línea:

Un vistazo rápido a los tableros reveló que había un campo magnético de cierta fuerza cerca, uno que no pertenecía al gigante gaseoso invisible que giraba a medio millón de millas de distancia.

Los lectores de ciencia ficción que sabían algo sobre la estructura de los planetas gigantes pensaron que "gigante gaseoso" era una frase muy adecuada para describirlos. Y algunos de ellos eran astrónomos profesionales. Así, la frase comenzó a ser utilizada por los astrónomos para describir los planetas gigantes del sistema solar.

Según ese artículo de Wikipedia, el 25% de su masa es helio, pero solo el 10% de sus moléculas lo son. De alguna manera esos números no cuadran.
@DiegoSánchez - ¿Por qué dices que "esos números no cuadran"? ¿Quizás estás asumiendo que todas las moléculas/átomos son igualmente masivos? Eso no sería correcto. Por ejemplo, un átomo de helio tiene aproximadamente cuatro veces la masa de un átomo de hidrógeno.
@mico, una molécula de helio es la segunda más liviana con ~ 4 g / mol, siendo H2 la más liviana con ~ 2 g / mol. En el mejor de los casos, el otro 90 % de las moléculas son H2, lo que equivaldría a 4,5 veces la masa de las moléculas de He.
La definición de un gigante gaseoso no tiene absolutamente nada que ver con comparar las condiciones T y P de ese planeta y la Tierra. Si es gaseoso allí, es gas. Además, algunos comentaristas como @DiegoSanchez necesitan aclarar lo que quieren decir con moléculas de helio, cuando se refieren a átomos de helio. Esa es una lectura muy confusa.
@AtmosphericPrisonEscape. Las moléculas de helio son monoatómicas, por lo que es tanto un átomo como una molécula en sí mismo. Además, algunas formas de dirigirse a las personas son más educadas que otras, simplemente diciendo.
@DiegoSanchez: El helio, en condiciones exóticas, de hecho puede unirse a una molécula real, de modo que tenga un enlace químico (covalente o no). Un solo átomo de helio, en ausencia de enlaces, no es una molécula.
@atmosphericprisonescape. ¿Te importaría elaborar? Tengo mucha curiosidad por saber cómo el 10% de las moléculas de He pueden sumar el 25% de la masa.
@DiegoSanchez: ¿De qué estás hablando? Señalé que un solo átomo de helio no es una molécula. Eso es todo lo que dije.
@AtmosphericPrisonEscape. ¿Leíste mi primer comentario? El artículo de Wikipedia menciona esas cifras y quería saber cómo puede ser eso posible. Las cosas se salieron de control a partir de ahí, pero honestamente entendí que sabías más al respecto. Sé que no es muy relevante, pero de alguna manera arroja dudas sobre la referencia principal utilizada para esta respuesta.
@DiegoSanchez: Ah, ahora entiendo de lo que hablas, lo siento. Solo tienes que convertir de números N a masa M y masa molecular m: norte H mi norte H = METRO H mi / metro H mi METRO H / metro H = 1 4 METRO H mi METRO H = 1 4 0.25 0.71 ≈ 9 % . Entonces, para pasar de porcentaje en masa a porcentaje en número, debe tener en cuenta las masas moleculares. Los números dados tienen sentido.
Quizás la respuesta podría aclarar su declaración, pero con respecto a la preocupación de @AtmosphericPrisonEscape de que el estado gaseoso en condiciones STP no tiene nada que ver con si un planeta se clasifica como un "gigante gaseoso" o no: el término es histórico, cuando las propiedades físicas de los elementos constitutivos de un “gigante gaseoso” no fueron bien estudiados o teorizados. La gente como Blish probablemente pensó : “Entonces, ¿es principalmente hidrógeno y helio, y no tiene una superficie terrestre visible? ¿Y es un planeta gigante? 'Gas gigante'!"

Júpiter está compuesto principalmente de materia gaseosa y líquida. Es el más grande de los gigantes gaseosos y, como ellos, se divide entre una atmósfera exterior gaseosa y una interior formada por materiales más densos. Su atmósfera superior está compuesta de aproximadamente 88 a 92% de hidrógeno y 8 a 12% de helio por porcentaje de volumen de moléculas de gas, y aprox. 75% de hidrógeno y 24% de helio en masa, y el uno por ciento restante consiste en otros elementos.

La atmósfera contiene pequeñas cantidades de metano, vapor de agua, amoníaco y compuestos a base de silicio, así como pequeñas cantidades de benceno y otros hidrocarburos. También hay rastros de carbono, etano, sulfuro de hidrógeno, neón, oxígeno, fosfina y azufre. También se han observado cristales de amoníaco congelado en la capa más externa de la atmósfera.

El interior contiene materiales más densos, de modo que la distribución es aproximadamente un 71 % de hidrógeno, un 24 % de helio y un 5 % de otros elementos en masa. Se cree que el núcleo de Júpiter es una mezcla densa de elementos: una capa circundante de hidrógeno metálico líquido con algo de helio y una capa exterior predominantemente de hidrógeno molecular. El núcleo también se ha descrito como rocoso, pero esto también se desconoce.

¿Por qué se llama a Júpiter un "gigante gaseoso"?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v