氣態巨行星

氣態巨行星（Gas Giant），又稱類木行星（Jovian planet），在木星之外的行星或巨行星，是不以岩石或其他固體為主要成分構成的大行星。在太陽系內有4顆氣態巨行星：木星、土星、天王星和海王星。近年來，天文學家也在太陽系外發現許多環繞其他恆星的氣態巨行星。牛津大學的湯姆-埃文斯指出：“當HD 189733b在母星後面穿過時，發現這一系統的亮度在光譜藍色部分呈下降趨勢。根據這一發現，可以判斷出這顆行星呈顏色，HD 189733b是一顆所謂的“熱木星”。這種巨行星的體積與太陽系的氣態巨行星類似，但運行軌道靠近母星。

基本信息

• 中文名：氣態巨行星
• 英文名：Gas Giant

• 別稱：類木行星
• 定義：不以岩石或其他固體構成大行星

行星分類

太陽系的4顆氣態巨行星與太陽邊緣的比較

氣態巨行星可以細分成不同的類型，“傳統”的氣態巨行星是木星和土星，主要的成分是氫和氦。天王星和海王星因為主要的成分是水、氨、和甲烷，而氫和氦只是最外層區域的主要成分，所以有時會被細分為“冰巨星”。幾乎所有的系外行星都因為軌道緊挨著恆星，或許是因為比較容易被檢測出來，因此是表面溫度很高的氣態巨行星，被分類為熱木星，而熱木星也是目前的系外行星中最普遍的類型。

特點

氣態巨行星

“氣態巨行星”這一定義容易被理解成缺乏堅實的表面，但更加準確的說法應該是表面難以被明確定義。實際上，雖然它們有岩石或金屬的核心，但這樣的核心被認為是氣態巨行星本身所吸收的，木星和土星主要的質量依然是氫和氦。在行星的上層部分，主要的元素是氣體，向行星的下層，它們被壓縮成為液體或是固體，越往核心密度越高。相似的，雖然天王星和海王星多數是冰冷的冰，這些行星內部極端的熱和壓力，使冰進入人們不太熟悉的物理狀態。因此，傳統上認為人不能在氣態巨行星上“登入”，而像直徑、表面積、體積、表面溫度、和表面密度也都僅與從太空中能看見的最外面數層有關聯。

太陽系

木星和土星

氣態巨行星

木星與土星的成份以氫氦為主，其中重元素占總值量的3%至13%。據推測，木星與土星的結構大致由氣態分子氫的外層包覆著液態金屬氫的內層與可能為融熔岩石的核心。大氣層最外側擁有多層水氨雲的特徵，而內側的氫在極大的氣壓下呈現導電的金屬物理特性。這層稱為“金屬氫”的結構占了木星與土星的最大部份。一般認為，木星與土星的核心由較重的元素組成，但在高壓下與20000K的高溫下，這些元素的特徵至今仍鮮為人知。

環帶的循環

木星大氣層里環繞著平行於赤道的帶狀結構，其外觀可見到明亮的“區(Zones)”與深色的“帶(Belts)”相互循環著。明亮的“區”位於較高的大氣層，擁有高氣壓中心與上升氣流。暗淡的“帶”位於較低的大氣層，擁有低氣壓中心與沉降氣流。木星與地球的大氣都有高低氣壓分布的情形，但不同於地球上的塊狀氣壓中心分布，木星上的氣壓中心呈帶狀分布，等壓線幾乎和緯線平行，水平包圍整個星球。根據推測，這類現象應與行星高速自轉與均勻對稱的結構有關。木星不像地球，沒有大陸與大洋產生的局部大氣溫差，且自轉速度比地球快上許多。不過，木星大氣上仍有一些次要結構：分布在各處的大小異色斑點。這些斑點為巨型風暴，有些甚至是閃電風暴；其中以木星上具三百年觀測歷史的大紅斑最為顯著。

天王星海王星

天王星、海王星的內部成份與木星、土星有顯著差異。自雲層頂端向下延伸至85%（海王星半徑）到80%（天王星半徑）的範圍為大氣外層，同樣也富含氫氣。在這範圍之下的內部區域則大致呈現“冰凍”狀態，其組成以水、氨與甲烷為主。該區域也可能存在氣體和岩石，但在特定的冰、氣、岩比例下，混合物的外觀酷似純冰，故天王星與海王星內部的氣體和岩石比例目前仍是未知數。

由於天王星、海王星極為朦朧的大氣當中含有些許甲烷，使兩行星的外觀分別為嬰兒藍與深海藍色。兩行星皆有與自轉軸高度傾斜磁場。

與其他類木行星不同的是，天王星擁有極為傾斜的自轉軸，使天王星擁有極端且奇特的季節變化。

太陽系以外

熱木星

帶有衛星的氣態巨行星——雅汶

由於目前系外行星偵測法的技術有限，至今發現的大多數系外行星的質量之大，幾乎坐落在太陽系的類木行星範圍。學界普遍認為，比起土星、天王星和海王星，這些行星和木星的共通點較多，因此部份學者甚至認為，將這些系外行星稱為“類木行星”較為妥當。許多系外行星都非常靠近母星，其表面溫度遠超太陽系的類木行星，使科學家不禁懷疑，這些行星當中可能包含太陽系內從未見過的全新行星類型。根據化學元素豐度，宇宙中98%的物質為氫與氦，因此科學家並不認為宇宙中存在質量比木星大且以岩石為主的行星；然而，雖然先前的行星演化理論指出，氣態巨行星無法在靠近恆星的區域形成，科學家們卻在其他恆星附近發現了違反這項理論的系外熱木星。

冷木星

一個超過木星質量、未滿500倍地球質量（1.6倍木星質量）的冷木星，其體積僅略大於木星。超過500倍地球質量的行星則將因簡併壓力而縮小。開爾文·亥姆霍茲機制的機制可使一個同木星的氣態巨行星釋放比從母星吸收之能量還更多的熱能。

較小氣體行星

在探討類木行星時，雖然“氣體”和“巨”兩詞經常合併使用，但以氫構成的氣體行星未必能演化到同太陽系內類木行星的大小。比起質量較大或公轉半徑較大的行星，較靠近恆星的小氣體行星將因流體逸散導致較快速的大氣成份流失。已知且可能為氣體行星的系外行星當中最小的為Kepler-11f，約為地球質量的2.3倍。

薩達斯基分類

基於太陽系外行星中的氣體巨行星表面溫度呈現的外觀不同，氣態巨行星還可以分為更為細緻的五類（同樣適用於太陽系的兩大巨行星，但不適用於如天王星、海王星等巨冰行星）：

序號	預測邦德反照率	表面溫度	外觀特徵	例子
第一類（ClassI）	0.57	低於150K	氨雲	木星、土星、巨蟹座55d
第二類（ClassII）	0.81	不超過250K	水蒸汽雲	巨蟹座55f
第三類（ClassIII）	0.12	350K-800K	無雲	格利澤876b、巨蟹座55b
第四類（ClassIV）	0.03	高於900K	鈉、鉀等鹼金屬雲	TrES-2b
第五類（ClassV）	0.55	高於1400K	矽酸鹽雲、鐵雲	飛馬座51b

探測方法

藉助間接方法，天文學家們正發現越來越多的系外行星，這樣的方法包括探查由於行星經過遮擋光線導致的恆星亮度下降，或者由於行星引力影響導致的恆星輕微晃動等等。

直接成像

朱利安·拉美奧(JulienRameau)是法國天體物理及行星學研究所的科學家，也是有關這項研究的論文第一作者。他表示：“對系外行星進行直接成像是一項極具挑戰性的工作，它需要藉助空間或地面最先進的設備。迄今為止僅有很少的幾顆系外行星實現了直接成像，每一次這樣的成像都標誌著在理解巨行星本質及其演化機制上的里程碑式事件。”

300光年外

氣態巨行星——HD95086 b

2013年6月3日，歐洲南方天文台發布了一張成像清晰的照片，拍攝的目標是圍繞一顆年輕恆星（HD 95086）運行的氣態巨行星（編號為HD 95086 b），照片是通過紅外波段拍攝的。在圖像中中央恆星的光線被遮擋以便顯現出行星體的亮光。系外行星HD 95086 b是藉由歐洲南方天文台的甚大望遠鏡（VLT）拍攝到直接圖像的。基於這顆系外行星的亮度，科學家們估算認為其質量大約僅有木星的4~5倍。