氣態(tài)巨行星（Gas Giant），又稱類木行星，不以巖石或其他固體為主要成分，是以氫和氦等氣體為主要成分的行星，它們聚集了與星云成分相同的氣體，并以氣態(tài)的形式保持著行星的形狀。其共同特點為體積和質(zhì)量都較大、密度較小、沒有巖石外殼、表面都是氣體，像一個巨大的氣球，并因此被稱為氣態(tài)巨行星。
氣態(tài)巨行星形成的首要條件是具有一定質(zhì)量的固態(tài)內(nèi)核，其質(zhì)量大約是地球的十倍，以吸引巨量氣體。固態(tài)內(nèi)核形成后，周圍環(huán)繞著更大質(zhì)量的氦和氫。在太陽系中，氣態(tài)巨行星有木星、土星、天王星和海王星，又因為木星是這類行星的典型代表，所以氣態(tài)巨行星也被稱為類木行星。
定義
“氣態(tài)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(yīng)該是表面難以被明確定義。實際上，雖然它們有巖石或金屬的核心，但這樣的核心被認為是氣態(tài)巨行星本身所吸收的，木星和土星主要的質(zhì)量依然是氫和氦。在行星的上層部分，主要的元素還是氣體，在地球上就是如此，但是向行星的下層，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(shù)是冰冷的冰，這些行星內(nèi)部極端的熱和壓力，使冰進入我們較不熟悉的物理狀態(tài)。因此，傳統(tǒng)上認為人不能在氣態(tài)巨行星上“登陸”，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(shù)層有關(guān)聯(lián)。
行星簡介
在太陽系內(nèi)有4顆氣態(tài)巨行星：木星、土星、天王星和海王星。許多環(huán)繞恒星的太陽系外行星已經(jīng)被證實是氣態(tài)巨行星。截止2022年5月14日，已確認5004顆氣態(tài)巨行星。牛津大學(xué)的湯姆-埃文斯指出：“當HD 189733 b在母星后面穿過時，發(fā)現(xiàn)這一系統(tǒng)的亮度在光譜藍色部分呈下降趨勢。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，可以判斷出這顆行星呈藍色，HD189733b是一顆所謂的“熱木星”。這種巨行星的體積與太陽系的氣態(tài)巨行星類似，但運行軌道靠近母星。
行星分類
氣態(tài)巨行星可以細分成不同的類型，“傳統(tǒng)”的氣態(tài)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(qū)域的主要成分，所以有時會被細分為“冰巨星”。幾乎所有的太陽系外行星都因為軌道緊挨著恒星，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(tài)巨行星，被分類為熱木星，而熱木星也是系外行星中最普遍的類型。
理論上，氣態(tài)巨行星可以按其建模的大氣物理特性，從其外觀分為五類：（I）氨云、（II）水云、（III）無云、（IV）堿金屬、和（V）硅云。木星和土星都是第I類；熱木星是IV或V。
系外行星
一顆最新被發(fā)現(xiàn)的系外氣態(tài)巨行星被進行了直接成像。這顆系外行星距離地球約300光年，對這樣的目標進行直接成像是極其困難的，這或許也是迄今進行直接成像的質(zhì)量最小的系外天體。
2013年6月3日，歐洲南方天文臺發(fā)布了一張成像清晰的照片，拍攝的目標是圍繞一顆年輕恒星（HD 95086）運行的氣態(tài)巨行星（編號為HD 95086 b），照片是通過紅外波段拍攝的。在圖像中中央恒星的光線被遮擋以便顯現(xiàn)出行星體的亮光。太陽系外行星HD 95086 b是借由歐洲南方天文臺的甚大望遠鏡拍攝到直接圖像的。基于這顆系外行星的亮度，科學(xué)家們估算認為其質(zhì)量大約僅有木星的4~5倍。
這顆恒星和圍繞它運行的行星被置于南天船底座Ⅹ的星空背景之中進行了展示。這顆系外行星圍繞其恒星運行的距離大約為海王星到太陽距離的兩倍，或者地球到太陽距離的56倍。圖像中藍色的圓圈便是表示海王星的軌道大小，以此將兩者的實際尺度進行對比。
探測方法
借助間接方法，天文學(xué)家們正發(fā)現(xiàn)越來越多的太陽系外行星，這樣的方法包括探查由于行星經(jīng)過遮擋光線導(dǎo)致的恒星亮度下降，或者由于行星引力影響導(dǎo)致的恒星輕微晃動等等。
直接成像
朱利安·拉美奧(Julien Rameau)是法國天體物理及行星學(xué)研究所的科學(xué)家，也是有關(guān)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(zhàn)性的工作，它需要借助空間或地面最先進的設(shè)備。迄今為止僅有很少的幾顆系外行星實現(xiàn)了直接成像，每一次這樣的成像都標志著在理解巨行星本質(zhì)及其演化機制上的里程碑式事件。”
行星觀測
2013年6月，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)恒星HD 95086，這是一顆相對年輕的恒星，其年齡大約僅有1000萬至1700萬年。如此年輕的恒星周圍竟然存在行星和塵埃盤，這一點引起了研究人員的極大興趣。科學(xué)家相信這顆行星與周遭吸積盤之間，或是與該恒星周圍其他行星之間的相互作用，有可能會讓這顆行星偏離其最初形成的位置。有關(guān)這項研究的詳細情況將刊載于出版的《天體物理學(xué)報》上。
科學(xué)研究
2023年，麻省理工學(xué)院研究團隊報道了一顆行星或被宿主星“吞噬”的過程：一顆巨行星與宿主星靠得太近，在與宿主星發(fā)生了一段時間的相互作用后產(chǎn)生了輻射爆發(fā)，而爆發(fā)可能與恒星對行星的吞噬有關(guān)。
專門名詞
“氣態(tài)巨行星”這個名詞是科幻小說家賈科莫布利希在1952年創(chuàng)造出來的，當時是指所有的巨行星，但這個名詞不完全精確，因為所有體積巨大的巨行星內(nèi)部都有很高的壓力，所以物質(zhì)不會全部都是氣體的形態(tài)；除了在核心的固體和大氣層的上層，所有的物質(zhì)都是在臨界點以上，在那里沒有液體和氣體之間的區(qū)別。在敘述上之所以使用這個名詞是因為行星科學(xué)家通常使用巖石、氣體和冰的速記符號來描述所發(fā)現(xiàn)行星的元素、成分和分類，而不管那些物質(zhì)的位相；在外太陽系的屬性歸類上，氫和氦為氣體，水、甲烷和氨為冰，硅酸鹽和金屬為巖石。此外，天王星和海王星的成分主要是在此分類中所謂的冰，而不是氣體，所以越來越多的科學(xué)家將它們歸類為冰巨行星，與氣態(tài)巨行星有所區(qū)別。
相關(guān)刊載
恒星HD 95086是一顆相對年輕的恒星，其年齡大約僅有1000萬至1700萬年。如此年輕的恒星周圍竟然存在行星和塵埃盤，這一點引起了研究人員的極大興趣。拉美奧的同事，研究組成員安妮-瑪麗·拉格朗日(Anne-Marie Lagrange)表示：“這顆行星的位置讓我們對它的形成過程產(chǎn)生疑問。”她說：“它既不是通過小巖石團塊的碰撞形成原始行星核，隨后繼續(xù)吸引形成外層大氣，也不是通過氣體塵埃盤中氣體團塊的失穩(wěn)凝聚而形成。我們相信這顆行星與周遭吸積盤之間，或是與該恒星周圍其他行星之間的相互作用，有可能會讓這顆行星偏離其最初形成的位置。”有關(guān)這項研究的詳細情況將刊載于出版的《天體物理學(xué)報》上。
2020年7月，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆新型天體，正在與一顆遙遠的恒星“共舞”。該天體可能是一顆氣態(tài)巨行星的內(nèi)核。研究結(jié)果表明，該行星圍繞距離地球370光年遠的一顆類日恒星旋轉(zhuǎn)，其半徑約是地球的3倍半，但質(zhì)量約是地球的39倍。
2023年6月，美國夏威夷大學(xué)天文研究所（UH-IfA）的天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)圍繞著紅巨星Baekdu運行的類木行星Halla成功在一顆原本會吞噬它的巨星附近生存下來。他們觀察了紅巨星Baekdu的恒星振蕩，發(fā)現(xiàn)這顆恒星核心的氦正在燃燒，表明它曾經(jīng)膨脹成一顆紅巨星。這顆恒星可能曾膨脹到行星軌道距離的1.5倍寬，其間吞噬了行星，然后又縮小到當時的大小。這顆“不應(yīng)存在”的行星被發(fā)現(xiàn)，標志著首次在一顆質(zhì)量超過太陽三倍的恒星周圍發(fā)現(xiàn)了一顆氣態(tài)巨行星。
參考資料 >
什么是巖質(zhì)行星？什么是氣態(tài)巨行星？.北京天文館.2024-01-05
從塵埃到行星:氣態(tài)巨行星的形成.中國數(shù)字科技館.2024-01-05
氣態(tài)巨行星形成都經(jīng)歷了哪些過程.搜狐網(wǎng).2021-12-03
死而復(fù)生！科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一顆不應(yīng)“存在”的行星.光明網(wǎng)-今日頭條.2023-07-01
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個“不應(yīng)該存在的”巨大行星.瀟湘晨報-今日頭條.2023-07-01