Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Классификация газовых гигантов, разработанная Сударским для прогнозирования их внешнего вида на основе температуры, была представлена Дэвидом Сударским и его коллегами в статье «Албедо и спектры отражения экзопланетных гигантов» и расширена в работе «Теоретические спектры и атмосферы экзопланетных гигантов», опубликованной до успешного прямого или косвенного наблюдения атмосферы экзопланеты. Это широкая система классификации, призванная упорядочить вероятное разнообразие атмосфер экзосолнечных газовых гигантов. Газовые гиганты разделяются на пять классов (обозначаемых римскими цифрами) в соответствии с их моделируемыми физическими свойствами атмосферы. В Солнечной системе только Юпитер и Сатурн подпадают под классификацию Сударского, и оба относятся к классу I. Внешний вид планет, не являющихся газовыми гигантами, такой системой предсказать нельзя, например, земных планет, таких как Земля и Венера, или ледяных гигантов, таких как Уран (14 масс Земли) и Нептун (17 масс Земли).
Sudarsky's classification of gas giants for the purpose of predicting their appearance based on their temperature was outlined by David Sudarsky and colleagues in the paper Albedo and Reflection Spectra of Extrasolar Giant Planets and expanded on in Theoretical Spectra and Atmospheres of Extrasolar Giant Planets, published before any successful direct or indirect observation of an extrasolar planet atmosphere was made. It is a broad classification system with the goal of bringing some order to the likely rich variety of extrasolar gas giant atmospheres. Gas giants are split into five classes (numbered using Roman numerals) according to their modeled physical atmospheric properties. In the Solar System, only Jupiter and Saturn are within the Sudarsky classification, and both are Class I. The appearance of planets that are not gas giants cannot be predicted by the Sudarsky system, for example terrestrial planets such as Earth and Venus, or ice giants such as Uranus (14 Earth masses) and Neptune (17 Earth masses).
Предыстория
Появление экзопланет во многом остается неизвестным из-за сложности проведения прямых наблюдений. Кроме того, аналогии с планетами Солнечной системы применимы лишь к немногим из известных экзопланет, поскольку большинство из них кардинально отличаются от планет нашей системы, например, горячие юпитеры. Объекты, проходящие по диску своей звезды, могут быть исследованы спектрографически, как, например, HD 189733 b. Было установлено, что эта планета имеет голубой цвет с альбедо более (ярче) 0,14. Большинство исследованных таким образом планет – крупные горячие юпитеры, вращающиеся на близком расстоянии от звезды. Предположения о внешнем виде невидимых экзопланет в настоящее время основываются на вычислительных моделях, прогнозирующих вероятный состав и структуру атмосферы таких планет, в частности, на том, как атмосферный температурно-барометрический профиль и состав будут меняться в зависимости от степени освещенности.
The appearance of extrasolar planets is largely unknown because of the difficulty in making direct observations. In addition, analogies with planets in the Solar System can apply to few of the extrasolar planets known because most are wholly unlike any of our planets, for example, the hot Jupiters. Bodies that transit their star can be spectrographically mapped, for instance HD 189733 b. That planet has further been shown to be blue with an albedo greater (brighter) than 0.14. Most planets so mapped have been large and close orbiting "hot Jupiters". Speculation on the appearances of unseen extrasolar planets currently relies upon computational models of the likely atmosphere of such a planet, for instance how the atmospheric temperature–pressure profile and composition would respond to varying degrees of insolation.
Класс I: облака аммиака
Газовые гиганты этого класса характеризуются преобладанием аммиачных облаков. Эти планеты встречаются во внешних областях планетарной системы и существуют при температурах ниже определенного значения. Предсказанное альбедо Бонда для планеты класса I вокруг звезды, подобной Солнцу, составляет 0,57, в то время как для Юпитера оно равно 0,343, а для Сатурна – 0,342. Это расхождение можно частично объяснить, учитывая неравновесные конденсаты, такие как толины или фосфор, которые обуславливают цвет облаков в атмосфере Юпитера и не учитываются в расчетах. Для существования планеты класса I требуется либо холодная звезда, либо удаленная орбита. В первом случае звезда может быть слишком тусклой для наблюдения, а во втором – орбита настолько велика, что ее эффект слишком мал для обнаружения до нескольких наблюдений за полным периодом обращения (см. третий закон Кеплера). Большая масса суперюпитеров облегчила бы их наблюдение, однако суперюпитер, сопоставимый по возрасту с Юпитером, имел бы больший внутренний нагрев, что могло бы отнести его к более высокому классу. По состоянию на 2015 год планетами класса I могли быть 47 Ursae Majoris c и d. Также к классу I могли относиться Упсилон Андромеды e и 55 Cancri d.
Gaseous giants in this class have appearances dominated by ammonia clouds. These planets are found in the outer regions of a planetary system. They exist at temperatures less than about The predicted Bond albedo of a class I planet around a star like the Sun is 0.57, compared with a value of 0.343 for Jupiter and 0.342 for Saturn. The discrepancy can be partially accounted for by taking into account non equilibrium condensates such as tholins or phosphorus, which are responsible for the coloured clouds in the Jovian atmosphere, and are not modelled in the calculations. The temperatures for a class I planet requires either a cool star or a distant orbit. The former may mean the star(s) are too dim to be visible, where the latter may mean the orbits are so large that their effect is too subtle to be detected until several observations of those orbits' complete "years" (cf. Kepler's third law). The increased mass of superjovians would make them easier to observe, however a superjovian of comparable age to Jupiter would have more internal heating, which could push it to a higher class. As of 2015, 47 Ursae Majoris c and d could be Class I planets. Upsilon Andromedae e and 55 Cancri d may also be Class I planets.
Класс II: Водные облака
Газовые гиганты класса II слишком горячи для образования облаков аммиака; вместо этого их облака состоят из водяного пара. Такие характеристики ожидаются для планет с температурой ниже примерно 250 К (-23 °C; -10 °F). HD 189733 b, с измеренной температурой 920–1200 K (650–930 °C), также классифицируется как планета класса IV. Однако в конце 2007 года было установлено, что она имеет глубокий синий цвет, с альбедо более 0,14 (возможно, из-за более яркого свечения её "горячей точки"). Наличие стратосферы у неё пока не было окончательно доказано. TrES 2b имеет самое низкое альбедо из известных и поэтому отнесена к классу IV.
Gaseous giants in class II are too warm to form ammonia clouds; instead their clouds are made up of water vapor. These characteristics are expected for planets with temperatures below around 250 K (−23 °C; −10 °F). HD 189733 b, with measured temperatures 920–1200 K (650–930 °C), also qualifies as class IV. However, in late 2007 it was measured as deep blue, with an albedo over 0.14 (possibly due to the brighter glow of its "hot spot"). No stratosphere has been conclusively proven for it as yet. TrES 2b was measured with the lowest albedo, and therefore listed as class IV.
Класс V: Силикатные облака
Для самых горячих газовых гигантов, с температурами выше 1400 К (2100 °F, 1100 °C), или для более холодных планет с гравитацией ниже, чем у Юпитера, прогнозируется, что силикатные и железные облачные слои находятся высоко в атмосфере. Предсказанное альбедо Бонда планеты класса V вокруг звезды, подобной Солнцу, составляет 0,55 из-за отражения от облачных слоев. При таких температурах газовый гигант может излучать красное свечение из-за теплового излучения, но отраженный свет обычно превосходит тепловое излучение. Для звезд с визуальной звездной величиной менее 4,50 такие планеты теоретически доступны для наблюдения с помощью наших приборов. Примерами таких планет могут служить 51 Pegasi b и Upsilon Andromedae b. HAT-P-11b и другие экзопланетарные газовые гиганты, обнаруженные телескопом Кеплера, могут относиться к классу V, например Kepler-7b, HAT-P-7b или Kepler-13b.
For the very hottest gas giants, with temperatures above 1400 K (2100 °F, 1100 °C) or cooler planets with lower gravity than Jupiter, the silicate and iron cloud decks are predicted to lie high up in the atmosphere. The predicted Bond albedo of a class V planet around a Sun like star is 0.55, due to reflection by the cloud decks. At such temperatures, a gas giant may glow red from thermal radiation but the reflected light generally overwhelms thermal radiation. For stars of visual apparent magnitude under 4.50, such planets are theoretically visible to our instruments. Examples of such planets might include 51 Pegasi b and Upsilon Andromedae b. HAT P 11b and those other extrasolar gas giants found by the Kepler telescope might be possible class V planets, such as Kepler 7b, HAT P 7b, or Kepler 13b.