Вид с высоты

Будучи дальше от Солнца, чем Земля, а следовательно, и холоднее ее, гигантские планеты отличаются от Земли главным образом тем, что сохраняют гораздо большее количество легких элементов — водорода, гелия, углерода, азота и кислорода. Гелий не образует соединений, но остается газом. Водород имеется в избытке; он не только остается в газообразном состоянии, но и вступает в соединения с углеродом, азотом и кислородом и образует аммиак, метан и воду. Метан — это газ. При земной температуре аммиак тоже находится в газообразном состоянии, а вода — в жидком. Если бы температура на Земле упала до –100 градусов или ниже, как на планетах-гигантах, то и вода (гидросфера), и аммиак затвердели бы, а метан остался бы газообразным. Данные спектроскопического анализа показывают, что атмосфера Юпитера состоит на ³/₄ из водорода, на ¹/₄ из гелия и, кроме того, в ней имеются обильные примеси аммиака и метана. (Вода не обнаружена, но можно предположить, что она вымерзла.)

Структура нашей планеты примерно такова: твердое каменное или металлическое центральное тело (литосфера), окруженное слоем воды (гидросфера), и все это в свою очередь окружено слоем газа (атмосфера).

Легкие элементы, которыми особенно богаты гигантские планеты, скорее способствовали бы увеличению их атмосферы и гидросферы, чем литосферы. Следовательно, центральная литосфера у них была бы больше литосферы Земли (но не обязательно чрезвычайно большой) и окружала бы ее гигантская гидросфера и не менее гигантская атмосфера.

Но что значит гигантская?

Здесь мы можем принять во внимание сжатие гигантов у полюсов. Хотя диаметр Юпитера у экватора равен 142 000 километров, диаметр его от полюса до полюса составит всего 132 000 километров. Сплюснутость составляет 7 %, в то время как у Земли она равна примерно 0,33 %. У Юпитера явно эллиптическая форма. У Сатурна она выражена еще отчетливее, так как его экваториальный диаметр равен 120 000 километров, полярный диаметр — 106 000 километров, сплюснутость — примерно 12 % (Уран и Нептун сплюснуты меньше, чем Юпитер и Сатурн).

Степень сплюснутости планеты частично зависит от скорости вращения и возникающей центробежной силы. Хотя Юпитер и Сатурн гораздо больше Земли, их периоды вращения равны примерно 10 часам в отличие от нашего двадцатичетырехчасового. Поэтому поверхность Юпитера на экваторе движется со скоростью 40 000 километров в час, а Земли — со скоростью 1600 километров в час. Естественно, поверхность Юпитера растягивается сильнее, чем земная (даже несмотря на большее тяготение Юпитера), и поэтому гигантская планета больше вспучивается на экваторе и больше сплющивается у полюсов.

Сатурн значительно меньше Юпитера, и его период вращения приблизительно на 20 минут больше. Центробежная сила на экваторе у него меньше; несмотря на меньшее тяготение, он должен быть сплюснут слабее, чем Юпитер, — на самом деле он сплюснут сильнее. Причина в том, что степень сплюснутости зависит еще и от распределения плотности, и если атмосфера Сатурна намного толще атмосферы Юпитера, то и сплюснутость у него будет больше.

Астроном Руперт Вильдт оценил толщину литосферы, гидросферы и атмосферы каждой планеты, для того чтобы получить наблюдаемую среднюю плотность и полярную сплюснутость. (С его соображениями согласны далеко не все астрономы, но мы все-таки примем их за основу.) Ниже (в таблице) приводятся полученные Вильдтом числа, к которым для сравнения я добавил данные, относящиеся к Земле.

¹ Разумеется, наша атмосфера толще 13 километров и, в сущности, не имеет постоянной толщины. Однако я беру земную атмосферу (и позже подсчитаю ее объем) только до верхних слоев ее облаков, так же как в случае с гигантскими планетами.

Как видите, у Сатурна, который меньше Юпитера, гораздо более толстая атмосфера, что и объясняет его низкую плотность и необыкновенно высокую степень сплюснутости. У Нептуна самая тонкая атмосфера, и поэтому это самая плотная планета-гигант.

Кроме того, оказывается, Земля не такой уж пигмей по сравнению с гигантами, если говорить только о литосфере. Но, приняв, что все литосферы имеют одинаковую плотность, и взяв массу земной литосферы за 1, мы получим такие массы литосфер у других планет:

Юпитер … 100

Сатурн … 45

Уран … 5,5

Нептун … 3,5

Именно необычайная величина гидросферы и атмосферы обусловливает огромные размеры планет-гигантов.

* * *

Последнее утверждение лучше всего можно проиллюстрировать, рассмотрев не толщину различных составляющих планет, а их объем. Ниже (в таблице) названы объемы в триллионах кубических километров. И снова для сравнения приводятся данные, относящиеся к Земле.