כצפוי, הטמפרטורות של הפלנטות הענקיות יורדות ככל שהן רחוקות יותר מהשמש. הקרינה שמגיעה ממקור אנרגיה קטנה ביחס הפוך לריבוע המרחק ממנו. במילים פשוטות, פלנטות רחוקות מקבלות פחות מקרני השמש המחממות מאשר הפלנטות הפנימיות. אם משווים את הטמפרטורות בעומק שבו הלחץ באטמוספירה שווה ללחץ בגובה פני הים בכדור הארץ, הטמפרטורות האופייניות הן: כדור הארץ 290 קלווין (17 מעלות צלזיוס), צדק 165 קלווין (מינוס 108 מעלות), שבתאי 134 קלווין (מינוס 139 מעלות), אורנוס 76 קלווין (מינוס 197 מעלות) ונפטון 72 קלווין (מינוס 201 מעלות). המגמה ברורה: ככל שמתרחקים מהשמש, קר יותר.
באדיבות ויקיפדיה
המחקר שלנו על האטמוספירות של פלנטות אחרות עדיין בחיתוליו. הנתונים מהחלליות וויאג'ר וגלילאו, שחלפו ליד הפלנטות ושלחו גשושית, נתנו לנו הבנה טובה יותר של התנאים באטמוספירות של כל ארבע הפלנטות הענקיות מכל מה שאפשר היה ללמוד מכדור הארץ. הנתונים מראים שהאטמוספירות העליונות קרות, אבל מתחת לשכבות העננים האטמוספירה התחתונה חמה, והלחץ בה גבוה. המבנה האנכי של האטמוספירה של כל פלנטה מציית לעקרונות פיזיקליים שקושרים בין טמפרטורה, צפיפות ולחץ: ככל שיורדים עמוק יותר באטמוספירה, הטמפרטורה, הצפיפות והלחץ עולים. ההבדלים העיקריים בין המבנים האנכיים של האטמוספירות בפלנטות השונות נובעים מכוח המשיכה. לפלנטה מסיבית יותר יש כוח משיכה חזק יותר, וכוח המשיכה העצום יוצר במרכז פלנטה ענקית לחץ מוחץ וחום לוהט.
צדק, הפלנטה המסיבית ביותר, הוא גם בעל האטמוספירה החמה ביותר בשכבות התחתונות. החום הזה מספק את האנרגיה למערכות סופה כמו הכתם האדום, ולעננים צבעוניים שעולים מהאזורים החמים שמתחת. בכל ענקי הגז האזורים הבהירים הם בדרך כלל עננים גבוהים ובהירים, והחגורות הכהות הן פערים בעננים הגבוהים, שדרכם רואים עננים נמוכים וצבעוניים יותר.
בפלנטות הגז חסרות תכונות רבות שאנחנו רגילים לצפות להן מהניסיון בכדור הארץ. בפלנטות הארציות, אחרי שעוברים את האטמוספירה, מגיעים לפני שטח סלעיים ומוצקים. אילו היינו יורדים מתחת לעננים הנראים של אחת הפלנטות היוביאניות, היינו מגלים שהאטמוספירה פשוט נעשית צפופה וחמה יותר, בלי גבול ברור בין שכבה לשכבה. המצב הפיזיקלי של הגז שהיינו עוברים בו, בעיקר מימן, אינו מוכר לנו מחיי היום-יום. אין בכדור הארץ מקום עם לחצים גבוהים כמו בעומק הפלנטות האלה, שנוצרים ממשקלן העצום של השכבות שמעל. אילו הטמפרטורה הייתה נמוכה מספיק, אולי היה אוקיינוס של מימן נוזלי בעומק 100 קילומטרים מתחת לעננים. אבל הטמפרטורה גבוהה מדי, ולכן הגז רק נעשה צפוף יותר ככל שיורדים, עד שהוא דומה לנוזל חם וסמיך – בלי פני שטח מוגדרים. אור השמש לא חודר עמוק לתוך האטמוספירות האלה. אילו יכולנו לשרוד את הלחץ המוחץ בעומק הפלנטות הענקיות, היינו נכנסים ל"אזור דמדומים" עכור, בין גז לנוזל. עמוק עוד יותר, ליד הליבה, החומר הוא תערובת צפופה וחמה מאוד של מימן, קרח וסלע – אבל גם שם אין שום דבר יציב לעמוד עליו.
בעזרת עקרונות פיזיקליים פשוטים, שהופעלו בקפידה, שיערו המדענים מהו המבנה הפנימי של הפלנטות הענקיות. הם יודעים את ההרכב הכימי ואת הצפיפות הכוללת של הפלנטות. הם מניחים התמיינות – הנטייה של יסודות ותרכובות כבדים לשקוע למרכז הפלנטה. חוק הכבידה וחוקי הגזים קובעים איך הטמפרטורה משתנה עם העומק. כדי לקבוע באיזה מצב נמצאים המימן, ההליום וחומרים אחרים בתוך הפלנטות, המדענים משתמשים בנתוני מעבדה על תכונותיהם בלחץ גבוה. כך מקבלים מושג על המבנה הפנימי של ארבע הפלנטות היוביאניות. בעזרת פיזיקה וכימיה פשוטות אפשר להסיק מהם התנאים במקומות שמעולם לא ביקרנו בהם!
באדיבות ויקיפדיה
ההרכב הכולל של צדק הוא בערך שלושה רבעים מימן (לפי המסה), והשאר בעיקר הליום, עם כמויות קטנות של סיליקטים (סלעים), מתכות וחומרים אחרים. האטמוספירה המעוננת של צדק עוברת בהדרגה לצורה נוזלית של מימן, שנקראת מימן מולקולרי נוזלי. בעומק הזה עדיין קר מספיק כדי שאטומי המימן יישארו קשורים במולקולות H2, אבל הצפיפות גבוהה מספיק כדי שהמימן יהיה נוזלי. בעומק 20,000 קילומטרים מתחת לעננים של צדק, הלחץ גבוה פי 4 מיליון בערך מהלחץ האטמוספירי בכדור הארץ. הלחץ והטמפרטורה הגבוהים גורמים לאטומי המימן להתנגש לעיתים קרובות ובמהירות גבוהה, והאלקטרונים שלהם נתלשים. כך נוצרת תערובת של פרוטונים ושל אלקטרונים חופשיים, שאינם קשורים לאטום מסוים. המצב האקזוטי הזה של מימן נקרא מימן מתכתי נוזלי. הוא "מתכתי" כי האלקטרונים זורמים בו בחופשיות ויכולים להוליך זרם חשמלי, כמו במתכת. המעטפת העבה הזו של מימן מתכתי נוזלי מכסה את הליבה. (לפי נתוני החללית ג'ונו, הליבה של צדק כנראה אינה גוש מוצק בעל גבול חד, אלא "מדוללת": היסודות הכבדים מתערבבים בה בהדרגה במימן שסביבה).
באדיבות ויקיפדיה
לשבתאי הרכב ומבנה פנימי דומים לאלה של צדק. באורנוס ובנפטון, לעומת זאת, הלחצים נמוכים בהרבה, ואינם מספיקים כדי ליצור מימן מתכתי נוזלי. בשתי הפלנטות האלה משתרעים, מבסיס האטמוספירה ועד הליבה, אוקיינוסים עצומים של נוזל חם וצפוף, העשוי בעיקר מים, אמוניה ומתאן. האוקיינוסים האלה נמצאים בלחץ גבוה מאוד, והטמפרטורה בהם מגיעה לכמה אלפי קלווין. אורנוס ונפטון שונים מצדק ומשבתאי גם בהרכב: יש בהם חלק גדול יותר של סיליקטים, מתכות וחומרים אחרים.
לפי ההערכות, לכל ארבע הפלנטות הענקיות יש ליבות מרכזיות של סלע ומתכת, שקוטרן גדול פי 1.5 עד 3 מקוטר הליבה של כדור הארץ. בשבתאי, באורנוס ובנפטון הליבות דמויות כדור הארץ האלה מוקפות בשכבה של "קרחים" – מים, מתאן ואמוניה, שבתנאים האלה הם נוזל חם וצפוף. בכל ארבע הפלנטות הענקיות, מעטפות עמוקות של מימן בצורות שונות מקיפות את הליבות.
אפשר לדמיין את הפלנטות היוביאניות כ"כדורי ארץ-על" לוהטים, גדולים פי שניים או שלושה בערך מהפלנטה שלנו, הקבורים בתוך מעטפות עצומות, דמויות אוקיינוס, של מימן בלחץ גבוה. סביב כל פלנטה יש אטמוספירת מימן עמוקה מלאה עננים. המעטפות המסיביות האלה, העשירות במימן, מגדילות את הקוטר הכולל של הפלנטות הענקיות לגודל של פי ארבעה עד פי עשרה מקוטר כדור הארץ.
→ הסעיף הקודם: 7.3 עננים בענקי הגז | הסעיף הבא: 7.5 קרינת חום מענקי הגז ←