כפי שניתן לצפות, הטמפרטורות של כוכבי הלכת הענקיים משקפות את המרחק הגדול שלהן מהשמש. כמות הקרינה המגיעה אליהם פוחתת ביחס להופכי של ריבוע המרחק ממקור אנרגיה. במילים פשוטות, כוכבי לכת מרוחקים מקבלים פחות קרינת שמש מזו שמקבלות הפלנטות הפנימיות. אם נשווה את הטמפרטורות בעומק האטמוספירה שבה הלחץ שווה ללחץ בגובה פני כדור הארץ, הטמפרטורות האופייניות של כדור הארץ, צדק, שבתאי, אורנוס ונפטון הן: K 290 K, 78 K, 150 K, 170 K, 69 בהתאמה. המגמה ברורה, הטמפרטורות הולכות ויורדות ככל שמתרחקים מן השמש.
באדיבות וויקיפדיה.
המחקר שלנו בנוגע לאטמוספירה של כוכבי לכת אחרים עדיין בחיתוליו. הנתונים שהעבירו וויאג'ר וגלילאו ובדיקות שנעשו בהתקרבם לפלנטות העניקו לנו הבנה טובה יותר של התנאים האטמוספריים בכל ארבעת הענקים, בהשוואה לנתונים שנאספו מכדור הארץ. הנתונים מצביעים על אטמוספרות עליונות קרות, אך מתחת לשכבות העננים, האטמוספירה התחתונה שלהם חמה ובעלת לחץ אוויר גבוה. המבנה האנכי של האטמוספירה של כוכב הלכת עוקב אחר העקרונות הפיזיים הקשורים לטמפרטורה, לצפיפות וללחץ. ככל שעולים גבוה יותר באטמוספירה משתנים הטמפרטורה, הצפיפות, והלחץ. הבדלים משמעותיים בין מבנים אנכיים של האטמוספירות של כוכבי הלכת השונים נגרמים על ידי כוח הכבידה. לכוכב לכת מסיבי יותר יש כוח משיכה חזק יותר. כוח כבידה עצום יוצר תנאים של לחץ אדיר וטמפרטורות גבוהות במרכז פלנטות הענק.
בצדק, הפלנטה הגדולה ביותר, קיימת אטמוספירה חמה בשכבותיה הנמוכות. החום הזה מספק את האנרגיה הנדרשת ליצירה של מערכת סופות על פני הפלנטה, כגון הנקודה האדומה, ושאר מערכות העננים צבעוניים הנוצרים, בשל האנרגיה הנובעת מהאזורים החמים שמתחת. בכל ענקיות הגז, האזורים הבהירים מייצגים בדרך כלל עננים גבוהים יותר, בהירים יותר, והחגורה האפלה מייצגת מחסור בעננים גבוהים כך שאנו רואים עננים נמוכים וצבעוניים יותר.
בפלנטות הגזיות חסרים מאפיינים רבים מאלה הקיימים בכדור הארץ. בכוכבי הלכת הארציים מתחת לאטמוספירה גזית ממתין משטח סלעי קשה. אם היינו יורדים מתחת לעננים הנראים לעין של כל כוכבי הלכת הגזיים היינו מוצאים כי האטמוספירה מתעבה ונעשית צפופה יותר, ללא תיחום ברור בין שכבת גז אחת לאחרת. המצב הפיזי של הגז, בעיקר מימן, בשכבות השונות אינו מוכר לנו מהחיים הרגילים. בשום מקום בכדור הארץ לא מתקיימים לחצים גבוהים מאוד כמו בפלנטות הגזיות, שנגרמים בשל המשקל הרב של השכבות העליונות. אם הטמפרטורה הייתה נמוכה מספיק, אוקיינוס של מימן נוזלי עשוי היה להתקיים 100 ק"מ מתחת לעננים. אבל הטמפרטורה גבוהה מדי, כך שהגז פשוט נעשה צפוף יותר במעמקים נמוכים יותר, הדומים לנוזל חם מאד, ללא תחום הפרדה מוגדר היטב. אור השמש אינו חודר לעומק האטמוספרות הללו. אם היינו יכולים לשרוד את הלחץ המוחץ עמוק בתוך כוכבי הלכת הענקיים, היינו נכנסים ל"אזור דמדומים" עכור שבין אדי מימן למימן נוזלי. עמוק יותר, היינו מוצאים נוזל שהופך בהדרגה למוצק. לא יהיה שום דבר איתן להישען עליו, אלא תערובת של קרח וסלע.
בסיוע עקרונות פיזיקליים פשוטים, שיערו מדענים מהו המבנה הפנימי של כוכבי הלכת הענקיים. הם מכירים את ההרכב הכימי של כוכבי הלכת ואת צפיפותם הכוללת. בנוסף מיישמים את רעיון הבידול, כלומר, הנטייה של יסודות ותרכובות כבדים לשקוע למרכז כוכב לכת. חוק הכבידה וחוקי הגזים קובעים כיצד הטמפרטורה משתנה עם עומק האטמוספרה. כדי לקבוע את מצב המימן, ההליום וחומרים אחרים בתוך כוכבי לכת אלה, המדענים משתמשים בנתוני מעבדה של יסודות אלה בלחץ גבוה. התוצאות מאפשרות לקבל מושג ביחס למבנה הפנימי של ארבעת כוכבי הלכת הגזיים. אנו יכולים להשתמש בפיזיקה פשוטה וכימיה כדי להסיק מהם התנאים במקומות שמעולם לא ביקרנו בהם!
באדיבות וויקיפדיה
המימן מהווה בערך 2/3 מהרכב פנימי של צדק, כל השאר מורכב מהליום המעורבב עם כמויות קטנות של סיליקטים סלעיים, מתכות, וזיהומים אחרים. האטמוספירה המעוננת של צדק משתנה בהדרגה לצורה של מימן נוזלי, הנקרא מימן מולקולרי נוזלי. ברמות אלה עדיין קר מספיק, כך שאטומי מימן קשורים יחיד במולקולותH2 , אבל צפוף מספיק כך שהמימן נוזלי. בעומק 20,000 ק"מ מתחת לעננים של צדק, הלחץ הוא כ- 4 מיליון פעמים הלחץ אטמוספרי של כדור הארץ. הלחץ והטמפרטורה הגבוהים גורמים לאטומי מימן להתנגש בתדירות ובמהירות גבוהות, כך שהאלקטרונים עוזבים את גרעיני המימן. במצב זה האלקטרונים כמעט חופשיים מקיפים פרוטונים משוחררים. מצב אקזוטי זה של מימן נקרא מימן מתכתי נוזלי. מתכתי מפני שהאלקטרונים זורמים בחופשיות ויכולים לשאת זרם חשמלי, כמו במתכת. מסה זו של מימן מתכתי נוזלי בלחץ גבוה מכסה על ליבה מוצקה.
באדיבות וויקיפדיה
לשבתאי הרכב ומבנה פנימי דומה לזה של צדק. באורנוס ונפטון, לעומת זאת, הלחצים הרבה יותר נמוכים, ואינם מספיקים כדי לייצר מימן מתכתי נוזלי. בשני כוכבי הלכת אלה, משתרעים אוקיינוסים עצומים של אמוניה מולקולארית נוזלית, מתאן ומימן המתחילים בבסיס האטמוספירה ומגיעים עד ליבת הקרח/סלע של הפלנטות. האוקיינוסים האלה נמצאים בלחץ גבוה מאוד, והם מגיעים לטמפרטורות של כמה אלפי קלווין. אורנוס ונפטון נבדלים גם בתכולה גבוהה יותר של סיליקטים, מתכות וזיהומים ביחס לצדק ושבתאי.
לכל ארבעת כוכבי הלכת הענקיים יש ליבות המורכבות מסלעים ומתכות, גודלן בערך פי 1.5 עד פי 3 מקוטר הליבה של כדור הארץ. בשבתאי, אורנוס ונפטון, ליבות אלה מוקפות בליבות חיצוניות קפואות העשויות מים, מתאן ואמוניה. בכל ארבעת כוכבי הלכת הענקיים, נמצאות שכבות מימן בצורות שונות מקיפות את הליבות המוצקות.
ניתן לדמיין את כוכבי הלכת הגזיים ככדור הארץ בקירור יתר, בערך פי שניים או שלוש מקוטר כדור הארץ, מכוסה במעטפת דמוית אוקיינוס מימן בלחץ גבוה. אטמוספירת מימן עמוקה מלאה עננים מקיפה את כל כוכב לכת. אלה מעטפות מסיביות של חומרים עשירים במימן. ניתן להאריך את הקוטר הכולל של כוכבי לכת ענקיים בין פי 4 לפי 10 מקוטר כדור הארץ.