在太阳系内外的行星之间有一些明显的差异，离太阳更近的是类地(即岩石)行星，这意味着它们是由硅酸盐矿物和金属组成的。然而除了小行星带外，行星主要是由气体组成的，而且比它们的岩石类要大得多。
这就是为什么天文学家在提到太阳系外行星时使用“气态巨行星”这个术语。我们对这四颗行星了解得越多，我们就越能理解没有两个气态巨行星是完全一样的。此外对太阳系以外的行星进行的研究还在进行中，外太阳系行星已经表明，有许多类型的气体巨星不符合标准，那么到底什么是“天然气巨行星”呢?
我们太阳系外行星大致相对尺寸，从左木星，土星，天王星和海王星。信用：农历和行星研究所。图片：Lunar and Planetary Institute
定义及分类：
根据定义：一个气态巨行星是一个主要由氢和氦组成的行星。这个名字最初是由James Blish在1952年创造的，他是一个科幻作家，他使用这个词来指代所有的大行星。事实上这一术语有点用词不当，因为这些元素在气体巨人中很大程度上是液态和固态的，这是由于内部存在的极端压力条件造成的。
太阳系的四个气态巨行星(从右到左)：木星、土星、天王星和海王星。图片：NASA/JPL
更重要的是气态巨行星也被认为在其内核中含有大量的金属和硅酸盐物质。然而这一术语在过去几十年里一直被广泛使用，并指的是所有的行星，它们都是由气体组成的，它也与行星科学家的研究相一致，他们使用一种速记——即“岩石”、“气体”和“冰”——根据它们中最常见的元素来对行星进行分类。
因此木星与土星之间的差异，以及天王星和海王星之间的差异。由于在后两种行星中有高浓度的挥发物(如水、甲烷和氨)，行星科学家将其归类为“冰”——这两颗巨大的行星通常被称为“冰巨人”。但由于它们主要由氢和氦组成，它们仍然被认为是木星和土星的气态巨行星。
分类：
今天根据David Sudarki(et al )在2000年的一项研究中提出的分类方案，气体巨人被分成五类。Sudarsky和他的同事们以太阳系外巨大行星的反光原理和反射光谱为标准，根据他们的外表和反光原理，分了五种不同类型的气体巨星，以及它们与恒星之间的距离的影响。
第1类：氨云——这类适用于气体巨星，它们的外观由氨云主导，在行星系统的外部区域被发现。换句话说它只适用于“霜冻线”之外的行星，这是一个太阳星云的距离，从中心的原恒星，那里的挥发性化合物——即水、氨、甲烷、二氧化碳、一氧化碳——凝结成固态的冰粒。
这些切割说明了巨型行星的内部模型。显示木星有一层深层金属氢氧化物覆盖的岩心。图片：NASA / JPL
第2类：水云——这适用于行星的平均气温通常低于250 K(-23°C;9°F)，因此太热形成氨云层。相反这些气态巨行星的云是由凝结的水蒸气形成的。由于水的反射比氨更强，所以2类气态巨行星有更高的反照率。
第3类：无云——这个类适用于气态巨行星一般温暖- 350 K(80°C;170°F)到800 K(530°C;980°F)-和不形成云层,因为他们缺乏必要的化学物质。这些行星的反射率较低，因为它们没有反射到太空中的光。由于大气中的甲烷吸收光线(如天王星和海王星)，这些物体也会像清晰的蓝色球体。
第4类：碱金属——这类行星经历温度超过900 K(627°C;1160°F),此时一氧化碳分子成为主导carbon-carrying大气压(而非甲烷)。大量的碱金属也大量增加，硅酸盐和金属的云层在它们的大气层深处形成。属于第四类和第五类的行星被称为“热木星”。
第5类：硅酸类云——这适用于热气态巨行星，温度高于1400 K(1100°C较低的2100°F)或重力比木星大的叫冷行星。对于这些气态巨行星来说，硅酸盐和铁云甲板被认为是在大气中很高的。就前者而言这些气态巨行星很可能会因热辐射和反射光而发出红光。
艺术家的“热木星”系外行星的概念图，一个与恒星非常接近的气体巨行星。图片：NASA/JPL-Caltech)
系外行星：
对系外行星的研究也揭示了其他种类的气体巨星，它们比太阳能的同类产品质量更大，超级木星和许多类似的巨型木星。其他的发现与他们的太阳能相对应的比例是很小的，而有些则是如此之大，以至于他们都羞于成为明星。然而考虑到它们与地球的距离，它们的光谱和反射原理是无法准确测量的。
因此系外行星的猎人倾向于根据他们的外表尺寸和距离从他们的恒星出发，指定额外的太阳气体巨星。在前者中它们通常被称为“超级木星”，木星大小，海王星大小。迄今为止这些类型的系外行星占了开普勒和其他任务的大部分发现，因为它们更大的尺寸和更大的距离使它们成为最容易探测到的。
就其距离太阳的距离而言，外行星猎手将超太阳气体巨行星分为两类：“冷气体巨星”和“热木星”，典型的冷氢富气体巨行星比木星质量大，但比木星质量小1。6倍，体积也只比木星大一点点，在这上面的质量重力会使行星收缩。
系外行星研究也发现了一种被称为“气体小矮人”的行星，它适用于没有太阳系的气态巨行星那么大的氢行星。这些恒星被观察到靠近它们各自的恒星的轨道，使它们比在更远的距离上运行的行星更快地失去大气质量。
对于在13到75 - 80木星质量范围内的气体巨星，使用“褐矮星”一词。这个名称是为最大的行星/亚星物体预留的；换句话说物体非常大，但质量不够大，无法在核心中进行核聚变成为恒星，在这个范围下面是小棕矮星，而上面的任何东西都被称为最轻的红矮星(M9 V)。
一个艺术家对t型褐矮星的概念图。图片：Tyrogthekreeper/Wikimedia Commons
就像所有的天文现象一样，气态巨行星是多样的，复杂的，非常迷人。在探索我们太阳系的气态巨行星的任务中，我们直接对遥远的行星进行越来越复杂的研究，我们对这些神秘物体的了解持续增长。因此我们对恒星系统如何形成和演化的理解也是如此。
作者：Matt Williams
编译：中子星
审校：博科园
发布于：云南