Планеты гиганты и планеты карлики



Планеты гиганты и планеты карлики
Солнечная система в масштабе (изображение взято из Википедии)

Наверное, каждый, кто хоть раз ночью смотрел на небо, задумывался над тем, насколько велика Вселенная.  Несмотря на то, что наши представления о мире за последние 2000 лет серьёзно изменились, и мы уже не верим в небесные сферы, оценить реальный масштаб и наше место во Вселенной может далеко не каждый. Пора исправить это досадное упущение.

Прежде всего, давайте начнём с нашего маленького «мирка», типичного представителя нашей галактики Млечный путь, с Солнечной системы.

Состав Солнечной системы

Солнечную систему условно разделяют на четыре области (хотя возможны и другие подходы):


  1. Внутренняя Солнечная система (Меркурий, Венера, Земля + Луна, Марс + Фобос и Деймос, главный пояс астероидов).
  2. Внешняя Солнечная система (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун со спутниками, кометы, кентавры (астероиды между Юпитером и Марсом)).
  3. Транснептуновые объекты (карликовые планеты за Нептуном в поясе Койпера: Плутон–Харон + спутники, Хаумеа + спутники, Макемаке, сам пояс Койпера, Рассеянный диск + карликовая планета Эрида со спутником).
  4. Облако Оорта.

Мы находимся во внутренней Солнечной системе.

Внутренняя Солнечная система

Планеты гиганты и планеты карлики
Внутренняя Солнечная система
(изображение взято из Википедии)

Основу этой области составляют четыре планеты, называемые планетами земной группы. В названии, кстати, проявляется основное свойство нашей планеты — она самая большая из представленных четырёх. Следом идут Венера, затем Марс, затем Меркурий.


следний, кстати, единственный, кто может через некоторое время (порядка нескольких миллиардов лет) «улететь» в район других планет и столкнуться с ними или изменить их орбиты, либо врезаться в Солнце. Вызвано это так называемым резонансом с Юпитером и близостью к Солнцу. Примечательно и другое — потенциально и Венера, и Марс возможны к заселению: примерно та же гравитация, более или менее нормальные температурные условия, наличие атмосферы (чрезмерной в случае Венеры, недостаточной в случае Марса, но всё поправимо), удачный состав поверхности и ядра.

Ещё одним «жителем» Солнечной системы является главный пояс астероидов, состоящий из более чем 400000 нумерованных (известных и рассчитанных) астероидов, среди которых можно выделить две замечательные группы: троянцы и греки. Причина образования этих групп в следующем: представим себе систему «Солнце — Юпитер». Юпитер вращается вокруг Солнца. Вопрос: существуют ли точки, поместив в которые пробное тело, мы бы могли добиться неподвижности (устойчивости), то есть взаимного компенсирования притяжения Солнца и Юпитера? Ответ: да, такие точки существуют. Они называются точками либрации (или точками Лагранжа по имени первооткрывателя первых 3 точек). Среди этих точек выделяются две, называемые L4 и L5. Они расположены на орбите Юпитера на 60 градусов спереди и сзади. Вот именно в этих областях и расположены две группы астероидов, названные в честь национальностей героев Иллиады — греков и троянцев.

Внешняя Солнечная система


Планеты гиганты и планеты карлики
Внешняя Солнечная система — планеты-гиганты
(изображение взято из Википедии)

Во внешней части Солнечной системы, за поясом астероидов, расположены самые большие планеты Солнечной системы (в порядке убывания): Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. Все эти планеты являются газовыми гигантами, то есть их поверхность не является твёрдой. Если бы они были массивнее, то могли бы стать слабыми звёздами (строго говоря, для того, чтобы тело стало звездой, необходимо, чтобы массы было достаточно для проведения термоядерных реакций). Каждая из этих планет имеет множество спутников. Из них примечательны так называемые Галилеевские спутники — Ио, Европа, Ганимед, Калисто. Эти спутники были открыты Галилеем, когда он наблюдал в первый телескоп Юпитер. Кстати, по затмениям в этих системах также можно определить приблизительно и скорость света (насколько мне известно, именно это и было первым экспериментом в данной области). Также каждая из этих планет обладает кольцами — микроскопическими и не очень частицами, находящимися рядом с планетой. Наибольшей структурой колец обладает Сатурн. В кольцах, кстати, могут находиться мелкие спутники. Кстати, мы тоже успели отличиться, Земля нынче имеет небольшое кольцо из космического мусора.

Транснептуновые объекты


Планеты гиганты и планеты карлики
Крупнейшие транснептуновые объекты
(Изображение взято из Википедии)

За Нептуном расположены объекты так называемого пояса Койпера, самым известным из которых, несомненно, является Плутон, единственный объект в Солнечной системе, чем статус был понижен с планеты до карликовой планеты. А предыстория здесь такова: долгое время ввиду того, что Плутон находится очень далеко, не было нормальных и качественных наблюдений этого объекта. Считалось, что его размер превосходит аж размер Меркурия (ну или сравним с оным). В конце 20-го века выяснилось, что это не так. И, более того, существуют объекты, сходного с Плутоном размера. А на орбите Плутона находятся «мелкие астероиды», то есть не выполняется главное условие «планетности» — планета должна очистить свою орбиту от всякого «мусора».


этому решением международного астрономического союза Плутон стал первой карликовой планетой. Сейчас ведутся дебаты о создании нового типа объектов — плутоидов, чтобы как-то отделить более близкие карликовые планеты (или, если говорить более точно, резонансные) от более дальних. Помимо Плутона есть ещё Хаумеа и Макемаке. В целом, пояс Койпера похож на главный пояс астероидов, за исключением размера — он гораздо больше. Если к поясу Койпера относить также Рассеянный диск, то тогда можно отметить этот регион, как один из источников комет в Солнечной системе.

Облако Оорта

Облако Оорта — гипотетическое место в Солнечной системе, откуда происходит большинство долгопериодических (и, возможно, короткопериодических) комет. Инструментально существование данной области пока что не доказано, но косвенных признаков существования этого облака достаточно много. Ближайшее будущее покажет…

И в заключение хотелось бы показать небольшой ролик, показывающий относительные размеры объектов Солнечной системы в сравнении друг с другом и другими объектами Вселенной.

Источник: blog.smirik.ru

Класс: 10 Урок № 14

Тема урока: «Планеты-гиганты. Планеты-карлики»

Цели урока:

Цели урока:

Образовательные: формирование представлений учащихся о строении и физических характеристиках планет –гигантов и планет-карликов.


Развивающие: формирование мировоззрения учащихся, развитие умений работать с дополнительной литературой, кратко, четко и быстро излагать свои мысли, использовать соответствующую терминологию, развитие логического мышления.

Воспитательные: развитие внимательности, наблюдательности, воспитание в учениках любви к прекрасному, воспитание положительной мотивации к обучению.

Требования:

Знать: строение и физические характеристики планет –гигантов и планет-карликов.

Уметь: делать обобщающие выводы.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, презентация по теме «планеты –гиганты и планеты-карлики».

ХОД УРОКА

1. Орг. момент, приветствие.

2. Повторение.

Закончите фразы.

1. Самая большая по размерам и массе в этой группе планет…

2. Самая маленькая планета…

3. Самую плотную атмосферу из планет этой группы имеет…

4. Магнитным полем и радиационными поясами из этих планет обладает только..

5. Наибольшее число естественных спутников имеет…

6. Гора Олимп есть на планете…

7. Температура поверхности днем и ночью остается практически постоянной на…

(Меркурий, Венера, Земля, Марс)


Что объединяет эти планеты? (Орбиты расположены до Главного пояса астероидов и планеты схожи между собой по физическим свойствам: размерам, массам, средняя плотность в несколько раз превосходит плотность воды и т.д)

Можно тесты:

1.Ученый, доказавший движение планет вокруг Солнца.

а) Николай Коперник

б) Джордано Бруно

в) Галилео Галилей

2. Какая планета самая большая в Солнечной системе?

а) Сатурн б) Земля в) Юпитер

3. Самая удалённая от Солнца планета…

а) Нептун б) Венера

в) Сатурн г) Плутон

4. Естественный спутник, вращающийся вокруг Земли?

а) Марс б) Юпитер

в) Луна г) Плутон

5.Какая планета названа в честь бога торговли?

а) Марс б) Меркурий

в) Плутон г) Сатурн

6. Какая планета названа в честь римского бога войны?

а) Плутон б) Нептун в) Марс

г) Сатурн

7. Относительно Солнца планеты расположены так:

а) Венера, Земля, Марс, Меркурий, Нептун, Плутон, Сатурн, Уран, Юпитер б) Меркурий, Венера, Земля, Марс, Нептун, Плутон, Сатурн, Юпитер, Уран;
в) Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон
.
8. Слой какого газа защищает Землю от космической радиации?
а) кислорода б) озона в) гелия

г) азота
9. Причиной смены времён года на Земле является
а) наклон земной оси б) форма орбиты Земли
в) расстояние до Солнца г) солнечные затмения


10. Преимущественно из газов состоят следующие планеты:
а) Меркурий и Марс б) Плутон и Юпитер
в) Венера и Земля г) Марс и Сатурн
11. Планета, обладающая биосферой…

а) Меркурий б) Венера в) Марс г) Земля

12. Масса планеты Земля больше своего спутника Луны в:

а) 61 раз; б) 81 раз; в) 91 раз; г) 111 раз.

3. Актуализация знаний

Сегодня мы с вами продолжим изучать планеты и на уроке познакомимся с физическими характеристиками и строением планет –гигантов и планет -карликов .

4. Изучение нового материала.

К планетам- гигантам относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, а к планетам- карликам – Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида.

Теперь давайте, познакомимся с этими планетами поближе. Начнем с Юпитера.

Юпитер — пятая планета от Солнца, крупнейшая в Солнечной системе. Юпитер удален от Солнца на расстояние в 5,2 а.е. (778 млн. км).Юпитер классифицируется как газовый гигант. Атмосфера Юпитера имеет толщину более 1000 км, состоит в основном из водорода и гелия. Сутки на Юпитере составляют 9 ч 50 мин, полный оборот вокруг Солнца Юпитер совершает за 11,9 земного года.У Юпитера обнаружены 50 спутников, некоторые из которых имеют собственные луны. Крупнейшие спутники Юпитера Ио, Европа, Ганимед и Каллисто.


Космические аппараты обнаружили вокруг Юпитера кольцо. Кольцо тонкое и обращено к Земле ребром и из-за этого нам его не видно.

Теперь поговорим о Сатурне.

Начнем с его размеров. Его масса равна 95 массам Земли, а радиус в 9,5 раз больше земного. Сатурн – шестая от Солнца, и вторая по размерам планета в Солнечной системе после Юпитера. Газовый гигант Сатурн, состоит из водорода с примесями гелия и следами воды, метана, аммиака, тяжелых элементов. Сутки (полный оборот вокруг своей оси) на Сатурне длятся 10,7 часов. Год (полный оборот вокруг Солнца) составляет 29 земных лет. Сатурн имеет 62 спутника. Самый большой –Титан, больше нашей Луны почти в полтора раза. Сатурн – обладатель самых заметных и захватывающих колец среди планет газовых гигантов. Семь тонких колец имеют разделительные полосы. Диаметр колец 250 000 км, а толщина не превышает 1 км. По составу кольца Сатурна на 93 % состоят изо льда с незначительными примесями, которые могут включать в себя сополимеры, образующиеся под действием солнечного излучения и силикаты и на 7 % из углерода.

Уран.

Уран – седьмая от Солнца планета, удаленность Урана от Солнца составляет 2,9 млрд км, или 19,19 астрономических единиц (1 а.е.


вна среднему расстоянию удаленности Земли от Солнца, 149 597 870,7 км).Оборот вокруг своей оси Уран совершает приблизительно за 17 часов (уранические сутки), а полный оборот вокруг Солнца (уранический год) длится около 84 земных лет. Вокруг Урана вращаются 27 спутников, названных именами из произведений Уильями Шекспира и Александра Поупа. У Урана тонкие кольца, которые состоят из очень тёмных и мелких частиц. Известно 13 колец различной прозрачности. Внутренние кольца узкие и темные, а наружные ярко окрашены.

И брат близнец Урана – Нептун.

Нептун – восьмая и самая дальняя планета от Солнца. Ледяной гигант распложен на расстоянии 4,5 миллиарда км, что составляет 30,07 а.е. Сутки на Нептуне (полный оборот вокруг своей оси) составляют 15 часов 58 минут. Период обращения вокруг Солнца (нептунианский год) длится около 165 земных лет. Поверхность Нептуна покрыта огромным глубоким океаном воды и сжиженных газов, в том числе метана. Нептун голубого цвета, как наша Земля. Это цвет метана, который поглощает красную часть спектра солнечного света и отражает голубую. Атмосфера планеты состоит из водорода с небольшой примесью гелия и метана. Температура верхней кромки облаков -210 °С. Вокруг Нептуна вращаются 14 спутников, которые получили названия в честь различных богов и нимф моря в греческой мифологии. Самый крупный из них – Тритон имеет диаметр 2700 км и вращается в противоположном направлении обращения остальных спутников Нептуна. Нептун имеет 6 колец.

В табличку внесены некоторые параметры планет земной группы и планет- гигантов.

Планеты гиганты и планеты карлики

Запишите подзаголовок: «Планеты- карлики». Слушаем сообщение о планетах –карликах.

Для того, чтобы считаться карликовой планетой, небесное тело должно отвечать следующим условиям:

1) обращаться по собственной орбите вокруг Солнца, то есть тело не должно быть спутником планеты;

2) масса и создаваемая ею сила гравитации должны быть достаточны для поддержания гидростатического равновесия и иметь форму близкую к округлой;

3) в то же время, масса и гравитация недостаточны для доминирования на своей орбите и расчистки прилегающего пространства от других объектов.

Планета Церера — единственная карликовая планета в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Церера была открыта 1 января 1801 года астрономом Джузеппе Пьяцци в обсерватории города Палермо, в Италии.

Плутон. Крупнейшая известная карликовая планета Солнечной системы. Первоначально Плутон причисляли к обычным планетам, но сейчас он считается карликовой планетой и самым крупным объектом в поясе Койпера. Как и большинство тел пояса Койпера, Плутон состоит в основном из камня и льда и он относительно мал: его масса меньше массы Луны примерно в 6 раз, а объём — примерно в 3 раза.

Хаумеа — относится к новому классу карликовых планет, вращается за пределами орбиты Нептуна. Открыта в 2005 году, учётный номер по каталогу малых ланет — (136108) 2003 EL61.

Макемаке. Карликовая планета, плутоид. Вращается вокруг Солнца по очень вытянутой орбите. Макемаке была обнаружена 31 марта 2005 г., группой астрономов (Майкл Браун, ЧедТрухильо, Дэвид Рабиновиц). Но, официально об её обнаружении было объявлено только 29 июля 2005 г. Полное имя по каталогу Центра Малых Планет — 136472 Makemake. Первоначальное название — 2005 FY9.

Эрида — карликовая планета, транснептуновый объект. Планета Эрида вращается вокруг Солнца по очень вытянутой орбите. Названа в честь Эриды — греческой богини раздора. Планета Эрида была обнаружена 5 января 2005 г., при анализе фотографий, сделанных 21 октября 2003 г.

  1. Закрепление знаний.

Давайте теперь проверим, насколько хорошо вам удалось усвоить новый материал. Кто скажет, сколько планет- гигантов в Солнечной системе? Крупнейшая планета в Солнечной системе? А сколько спутников у Сатурна? Из чего состоят его кольца? Чем похожи Уран и Нептун? Какие планеты относятся к планетам- карликам? Где они расположены?

5. Итог урока.

1. Назовите основные характеристики планет –гигантов и планет-карликов.

2. Какие физические условия на их поверхности? Чем примечательны эти планеты?

4. Рефлексия:

1. Вам было интересно на уроке, что именно вас заинтересовало на уроке? Продолжите:

  1. Я научился…

  2. Я попробую…

  3. Меня удивило…

4. Мне захотелось…

Оценки.

Дом. задание: § 16, выучить конспект. Для домашнего задания предлагаю вам взять любое небесный объект, изученный сегодня (планету, спутник) и сделать небольшой доклад. (После урока раздать темы).

Источник: multiurok.ru

Группу планет-гигантов составляют четыре планеты Солнечной системы – Нептун, Сатурн, Уран и Юпитер. Поскольку эти огромные планеты гораздо дальше удалены от Солнца, чем меньшие по размерам планеты, у них есть и другое название — внешние планеты.

Можно распределить интересные факты о планетах-гигантах по нескольким категориям. В первой учитываются их строение и вращение. Вторая посвящена явлениям, наблюдаемым в их атмосферах. В третьей отмечается наличие у планет колец. Четвертая описывает наличие у них спутников.

Структура планет-гигантов и их вращение

В основном планеты-гиганты образованы из сложной смеси газов – аммиака, водорода, метана и гелия. Как считают ученые, эти планеты имеют каменные или металлические ядра небольших размеров.

Из-за громадной массы объекта давление в недрах газовой планеты достигает миллионов атмосфер. Ее сжатие силой гравитации высвобождает значительную энергию. В результате этого фактора планетами-гигантами тепла выделяется больше, чем поглощается из солнечного излучения.

Имея размеры, значительно больше земных, суточный оборот такие газовые планеты совершают за 9-17 часов. что касается средней плотности планет-гигантов, то она близка к 1,4 г/куб. см. – примерно равна солнечной.

У Юпитера, крупнейшей планеты Солнечной системы, масса превышает общую массу всех прочих планет. Вероятно, именно за это его назвали в честь главного бога римского Пантеона. Ученые полагают, что именно быстрым вращением Юпитера объясняется расположение облаков в его атмосфере — мы их наблюдаем в виде протяженных полос.

Атмосферные явления

К числу интересных фактов о планетах-гигантах относится и наличие мощных атмосферных оболочек, где проходят неординарные по земным понятиям процессы.

В атмосферах таких планет нередки сильные ветры, имеющие скорость свыше тысячи километров в час.

Там же наблюдаются долгоживущие ураганные вихри, к примеру, на Юпитере — трехсотлетнее Большое красное пятно. На Нептуне существовало на протяжении подолжительного периода Большое темное пятно, а на Сатурне отмечаются пятна антициклонов.

Кольца и спутники планет-гигантов

Малозаметность «оправы» Юпитера объясняется ее узостью и небольшими размерами частиц пыли в ее составе.

Кольцо Сатурна самое внушительное по размеру – его диметр равен 400 тысячам километров, а вот ширина кольца насчитывает только несколько десятков метров. Состоит кольцо из вращающихся вокруг планеты кусков льда и небольших камней. Эти части разделены несколькими щелями, что формирует несколько разных колец, опоясывающих планету.

Кольцевая система у Урана — вторая по величине, и его «оправа» имеет красный, серый и синий цвета. В ее составе кусочки водяного льда и очень темные обломки размером не более метра в диаметре.

В кольце Нептуна пять подколец, состоящих, предположительно, из частичек льда.

Спутниковая система Юпитера включает в себя почти 70 объектов. Один из них – Ганимед, считается крупнейшим спутником в составе Солнечной системы.

Исследователи обнаружили у Сатурна более 60 спутников, Нептун обладает 27 спутниками, Нептун – 14, включая Тритон. Последний примечателен своей ретроградной орбитой — единственной из всех крупных спутников Солнечной системы.

Этот спутник, а также два других спутника газовых планет – Титан и Ио, имеют атмосферы.

Юпитер

ЮПИТЕР (астрологический знак G), планета, среднее расстояние от Солнца 5,2 а. е. (778,3 млн. км), сидерический период обращения 11,9 года, период вращения (облачного слоя близ экватора) ок. 10 ч, эквивалент диаметра ок. 142 800 км, масса 1,90·1027 кг. Состав атмосферы: H2, CH4, NH3, He. Юпитер — мощный источник теплового радиоизлучения, обладает радиационным поясом и обширной магнитосферой. Юпитер имеет 16 спутников (Адрастея, Метида, Амальтея, Фива, Ио, Европа, Ганимед, Каллисто, Леда, Гималия, Лиситея, Элара, Ананке, Карме, Пасифе, Синопе), а также кольцо шириной ок. 6 тыс. км, почти вплотную примыкающее к планете.

Юпитер, пятая от Солнца большая планета Солнечной системы, самая крупная из планет-гигантов.

Движение, размеры, форма

Юпитер движется вокруг Солнца по близкой к круговой эллиптической орбите, плоскость которой наклонена к плоскости эклиптики под углом 1°18,3′. Минимальное расстояние Юпитера от Солнца 4,95 а. е., максимальное — 5,45 а. е., среднее — 5,2 а. е. (1 а. е. = 149,6 млн. км).

Экватор наклонен к плоскости орбиты под углом 3°5′; из-за малости этого угла сезонные изменения на Юпитере выражены весьма слабо. Юпитер, двигаясь вокруг Солнца со средней скоростью 13,06 км/с, совершает один оборот за 11, 862 земных года. Расстояние Юпитера от Земли меняется в пределах от 188 до 967 млн. км. В противостоянии Юпитер виден как чуть желтоватая звезда -2,6 звездной величины; из всех планет уступает в блеске только Венере и Марсу во время великого противостояния последнего.

Юпитер не имеет твердой поверхности, поэтому, говоря о его размерах, указывают радиус верхней границы облаков, где давление порядка 10 КПа; радиус Юпитера на экваторе равен 71400км. В атмосфере Юпитера отчетливо просматриваются параллельные плоскости его экватора слои, или зоны, вращающиеся вокруг оси планеты с различными угловыми скоростями. Быстрее всего вращается экваториальная зона — период ее обращения 9 ч 50 мин 30 с, что на 5 мин 11 с меньше периода обращения полярных зон. Так быстро не вращается ни одна другая планета Солнечной системы.

Масса Юпитера составляет 1,899*1027кг, что в 317,8 раз превосходит массу Земли, но при этом средняя плотность равна 1,33 г/см3, то есть в 4 раза меньше, чем у Земли. Ускорение свободного падения на экваторе 23,5 м/с2.

В умеренных южных широтах Юпитера медленно перемещается овальное Большое Красное Пятно, поперечные размеры которого 30-40 тыс. км. За сто лет оно совершает примерно 3 оборота. Природа этого феномена до конца неясна.

Строение и состав Юпитера

Как и другие планеты-гиганты, Юпитер существенно отличается по химическому составу от планет земной группы. Абсолютно доминирующими здесь являются водород и гелий в «солнечной» пропорции 3,4 : 1, но в центре планеты согласно существующим моделям имеется жидкое ядро из расплавленных металлов и силикатов, окруженное водно-аммиачной жидкой оболочкой. Радиус этого ядра порядка 1/10 радиуса планеты, масса ~ 0,3-0,4 ее массы, температура около 2500 К при давлении ~ 8000ГПа.

Поток тепла из недр Юпитера вдвое превышает энергию, получаемую им от Солнца. Ввиду отсутствия твердой поверхности атмосфера как таковая у Юпитера отсутствует. Его газовая оболочка состоит в основном из водорода и гелия, но имеется и небольшая примесь метана, молекул воды, аммиака и др.

Физические и химические параметры

Красноватый оттенок планеты приписывают главным образом присутствию в атмосфере красного фосфора и, возможно, органике, возникающей благодаря электрическим разрядам. В области, где давление порядка 100 КПа, температура составляет около 160 К. Замечены интенсивные атмосферные потоки, в том числе вертикальная циркуляция. Установлено наличие облаков, высота которых в различных поясах различна. Светлые полосы и Большое Красное Пятно связаны с восходящими потоками; облака здесь выше, а температура ниже, чем в остальных областях. Исследователи обращают внимание на необычную устойчивость вихрей.

В атмосфере Юпитера замечены грозы. Установлено также наличие ионосферы, протяженность которой по высоте — порядка 3000 км.

На Юпитере имеется магнитное поле. Его магнитный дипольный момент почти в 12000 раз превосходит дипольный момент Земли, но так как напряженность магнитного поля обратно пропорциональна кубу радиуса, а он у Юпитера на два порядка больше, чем у Земли, то напряженность у поверхности Юпитера выше, по сравнению с Землей, только в 5-6 раз. Магнитная ось наклонена к оси вращения на (10,2 ± 0,6)°. Дипольная структура магнитного поля доминирует до расстояний порядка 15 радиусов планеты. Юпитер обладает обширной магнитосферой, которая подобна земной, но увеличена примерно в 100 раз. Имеются радиационные пояса.

Спутники Юпитера

Первые четыре спутника были открыты Г. Галилеем еще в 1610. Это открытие послужило мощным толчком к утверждению гелиоцентрической системы мира Коперника, явившись яркой моделью этой системы. В настоящее время известно 16 спутников Юпитера. Это (в порядке их удаленности от планеты) — Адрастея, Метис, Амальтея (по имени нимфы, вскормившей Юпитера), Фива; затем четыре галилеевых спутника — Ио, Европа, Ганимед, Каллисто; далее — Леда, Гималия, Лиситея, Элара, Ананке, Карме, Пасифе, Синопе. Спутники внешней группы названы по именам возлюбленных Юпитера. Примерно четверть спутников обращаются вокруг Юпитера в направлениях, обратных направлению его собственного вращения. Полагают, что это захваченные планетой астероиды. Открытие значительного числа спутников Юпитера, в том числе первых двух ближайших к нему, стало возможным только после пролета космических кораблей, начиная с автоматических межпланетных станций «Пионер» (1973-74), а несколько позже (1977) — «Вояджеров».

Первый из галилеевских спутников, Ио, по размерам превосходит Луну. Имеет атмосферу и ионосферу, состоящую, в основном, из ионов серы и натрия. Весьма активна его вулканическая деятельность (больше, чем на Земле). Размеры вулканических кратеров достигают сотни километров, превосходя земные в десятки и даже сотни раз, хотя высота вулканов сравнительна невелика. Только в полярных областях Ио есть вулканы высотой около 10 км. Выбросы серы из вулканов вздымаются на высоту до 250 км. По мнению ряда исследователей, под тонкой твердой поверхностной коркой спутника, засыпанной слоем серы и ее диоксида, может находиться жидкая сера. Температура у поверхности Ио около -120° С на экваторе (кроме вулканических областей) и еще на 50° ниже у полюсов. Относительная немногочисленность ударных кратеров крупнее 1-2 км позволяет считать поверхность Ио сравнительно молодой (менее 1млн. лет).

Еще меньше кратеров, превышающих 5 км в диаметре, на поверхности Европы. Плотности спутников Юпитера убывают по мере увеличения радиусов их орбит. В отличие от Ио, поверхности других спутников покрыты льдом, в том числе водяным, пропорциональная доля которого чем дальше от Юпитера, тем делается все выше. Предположение о ледяной корке, под которой находится сравнительно рыхлый слой «губчатого» льда, пропитанного водой, может объяснить ряд наблюдаемых особенностей некоторых спутников, например, сравнительную гладкость поверхностей и высокую отражательную способность. Так, у Европы отражательная способность велика, а перепад высот на ней составляет всего лишь около 10 м. Кроме того, на Европе нет кратеров более 10 км в диаметре, но имеется много длинных (200-300 км) неглубоких борозд, что связано с особенностями приповерхностного покрова. Следует отметить, что перепады высот на Ганимеде (радиус которого превосходит радиус Меркурия на 500 км) и Каллисто на порядок выше, чем на Европе.

Однако далеко не все спутники Юпитера имеют гладкие поверхности. Так, плотность кратеров в некоторых районах Каллисто, уступающему по размерам Ганимеду, близка к предельной. В отдельных участках края кратеров смыкаются. Одной из причин такого распределения кратеров может быть легкоплавкость пород поверхности (в частности, льда).

Кольцо Юпитера

У Юпитера установлено существование огромного плоского кольца из пыли и некрупных камней, которое при ширине в 6 км и толщине в 1 км простирается до десятков тыс. км от верхней границы облаков.

Изучение Юпитера и его спутников, уже давшее много существенно новых результатов, привело и к постановке ряда новых проблем. В частности, еще только в процессе становления находятся исследования, касающиеся физической природы интенсивных электрических полей у ближайших к Юпитеру спутников.

 

Сатурн

САТУРН (астрономический знак H), планета, среднее расстояние от Солнца 9,54 а. е., период обращения 29,46 года, период вращения на экваторе (облачный слой) 10,2 ч, экваториальный диаметр 120 660 км, масса 5,68·1026 кг, имеет 30 спутников, в состав атмосферы входят СН4, Н2, Не, NН3. У Сатурна обнаружены радиационные пояса. Сатурн — планета, имеющая кольца (см. Кольца Сатурна).

Сатурн, шестая от Солнца, вторая по размерам после Юпитера большая планета Солнечной системы; относится к планетам-гигантам.

Движение, размеры, форма

Эллиптическая орбита Сатурна имеет эксцентриситет 0,0556 и средний радиус 9,539 а. е. (1427 млн. км). Максимальное и минимальное расстояния от Солнца равны приблизительно 10 и 9 а. е. Расстояния от Земли меняются от 1,2 до 1,6 млрд. км. Наклон орбиты планеты к плоскости эклиптики 2°29,4′. Угол между плоскостями экватора и орбиты достигает 26°44′. Сатурн движется по своей орбите со средней скоростью 2,64 км/с; период обращения вокруг Солнца составляет 29,46 земных лет.

Планета не имеет твердой поверхности, оптические наблюдения затрудняются непрозрачностью атмосферы. Для экваториального и полярного радиусов приняты значения 60 тыс. км и 53,5 тыс. км. Средний радиус Сатурна в 9,1 раз больше, чем у Земли. На земном небе Сатурн выглядит как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звездной величины. Масса Сатурна составляет 5,68 · 1026 кг, что в 95,1 раз превосходит массу Земли; при этом средняя плотность Сатурна, равная 0,68 г/см3, почти на порядок меньше, чем плотность Земли. Ускорение свободного падения у поверхности Сатурна на экваторе равно 9,06 м/с2. Поверхность Сатурна (облачный слой), как и Юпитера, вращается не как единое целое. Тропические области в атмосфере Сатурна обращаются с периодом 10 ч 14 мин земного времени, а на умеренных широтах этот период на 26 мин больше.

Строение и состав

Температура в средних слоях атмосферы (преимущественно водородной, хотя и предполагается присутствие небольшого количества гелия, аммиака и метана) около 100 К.

По внутреннему строению и составу Сатурн сильно напоминает Юпитер. В частности, на Сатурне в экваториальной области существует образование, аналогичное Большому Красному Пятну, хотя оно и меньших размеров, чем на Юпитере.

На две трети Сатурн состоит из водорода. На глубине, примерно равной R/2, то есть половине радиуса планеты, водород при давлении около 300 ГПа переходит в металлическую фазу. По мере дальнейшего увеличения глубины, начиная с R/3, возрастает доля соединений водорода и оксидов. В центре планеты (в области ядра) температура порядка 20000 К.

Спутники Сатурна

У Сатурна 30 спутников, примерно половина из которых обнаружены при помощи космических аппаратов. Ниже перечислены все спутники Сатурна, имеющие собственные имена, в порядке их удаленности от планеты с указанием в скобках их радиусов (в километрах) и средних расстояний от Сатурна (в тысячах километров): Атлас (20, 137,7); Пандора (70, 139,4); Прометей (55, 141,7); Эпиметий (70, 151,4); Янус (110, 151,5); Мимас (196, 185,5); Энцелад (250, 238); Тефия (530, 294,7); Телесто (17, 294,7); Калипсо (17, ?); Диона (560, 377,4); 198 S6 (18, 377,4); Рея (754, 527,1); Титан (2575, 1221,9); Гиперион (205, 1481); Япет (730, 3560,8); Феба (110, 12954).

Все спутники, кроме огромного Титана, превосходящего по размерам Меркурий и имеющего атмосферу, сложены в основном изо льда (с некоторой примесью скальных пород у Мимаса, Дионы и Реи). Уникальным по яркости является Энцелад — он отражает свет, почти как свежевыпавший снег. Темнее всего поверхность Фебы, которая поэтому почти не видна. Необычна поверхность Япета: его передняя (по ходу движения) полусфера сильно отличается по отражательной способности от задней.

Из всех больших спутников Сатурна только Гиперион имеет неправильную форму, возможно, из-за произошедшего некогда столкновения с массивным телом, например, с гигантским ледяным метеоритом. Поверхность Гипериона сильно загрязнена. Поверхности многих спутников в значительной степени кратерированы. Так, на поверхности Дионы обнаружен крупнейший десятикилометровый кратер; на поверхности Мимаса лежит кратер, вал которого так высок, что это явственно заметно даже на фотографиях. Кроме кратеров, на поверхностях ряда спутников существуют разломы, борозды, впадины. Наибольшая тектоническая и вулканическая деятельность обнаружена у Энцелада.

Кольцо Сатурна 

Три видимых с Земли кольца Сатурна обнаружены астрономами уже давно. Наиболее ярким является среднее кольцо; внутреннее (ближайшее к планете) из-за темного цвета иногда называют «креповым». Радиусы крупнейших колец 120-138, 90-116 и 76-89 тыс. км; толщина — 1-4 км. Кольца состоят из ледяных и (или) силикатных образований, размеры которых могут быть от мелких песчинок до фрагментов порядка нескольких метров.

 

 

Уран

УРАН (астрономический знак I), планета, среднее расстояние от Солнца — 19,18 а. е. (2871 млн. км), период обращения 84 года, период вращения ок. 17 ч, экваториальный диаметр 51 200 км, масса 8,7·1025 кг, состав атмосферы: Н2, Не, СН4. Ось вращения Урана наклонена на угол 98 °. Уран имеет 15 спутников (5 открыты с Земли — Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания, Оберон, и 10 открыты космическим аппаратом «Вояджер-2» — Корделия, Офелия, Бианка, Крессида, Дездемона, Джульетта, Порция, Розалинда, Белинда, Пэк) и систему колец.

Уран, седьмая от Солнца большая планета Солнечной системы, относится к планетам-гигантам.

Движение, размеры, масса

Уран движется вокруг Солнца по эллиптической орбите, большая полуось которой (среднее гелиоцентрическое расстояние) в 19,182 больше, чем у Земли, и составляет 2871 млн. км. Эксцентриситет орбиты равен 0,047, то есть орбита довольно близка к круговой. Плоскость орбиты наклонена к эклиптике под углом 0,8°. Один оборот вокруг Солнца Уран совершает за 84,01 земного года. Период собственного вращения Урана составляет приблизительно 17 часов. Существующий разброс при определении значений этого периода обусловлен несколькими причинами, из которых основными являются две: газовая поверхность планеты не вращается как единое целое и, кроме того, на поверхности Урана не обнаружено заметных локальных неоднородностей, которые помогли бы уточнить длительность суток на планете.

Вращение Урана обладает рядом отличительных особенностей: ось вращения почти перпендикулярна (98°) к плоскости орбиты, а направление вращения противоположно направлению обращения вокруг Солнца, то есть обратное (из всех других больших планет обратное направление вращения наблюдается только у Венеры). Уран относят к числу планет-гигантов: его экваториальный радиус (25600 км) почти в четыре раза, а масса (8,7·1025 кг) — в 14,6 раза больше, чем у Земли. При этом средняя плотность Урана (1,26 г/см3 ) в 4,38 раза меньше, чем плотность Земли. Относительно малая плотность типична для планет-гигантов: в процессе формирования из газово-пылевого протопланетного облака наиболее легкие компоненты (в первую очередь, водород и гелий) стали для них основным «строительным материалом», тогда как планеты земной группы включают заметную долю более тяжелых элементов.

Состав и внутреннее строение 

Подобно другим планетам-гигантам, атмосфера Урана в основном состоит из водорода, гелия и метана, хотя их относительные вклады несколько ниже по сравнению с Юпитером и Сатурном.

Теоретическая модель строения Урана такова: его поверхностный слой представляет собой газожидкую оболочку, под которой находится ледяная (смесь водяного и аммиачного льда) мантия, а еще глубже — ядро из твердых пород. Масса мантии и ядра составляет примерно 85-90% от всей массы Урана. Зона твердого вещества простирается до 3/4 радиуса планеты

Температура в центре Урана близка к 10000 К при давлении 7-8 млн. атмосфер (одна атмосфера примерно соответствует одному бару). На границе ядра давление примерно на два порядка ниже (около 100 килобар). Эффективная температура, определяемая по тепловому излучению с поверхности планеты, составляет ок. 55 К.

Спутники Урана 

Подобно Нептуну и Сатурну, Уран имеет большое число спутников (к 1997 открыто 15) и систему колец. Наибольшие размеры (в километрах) и масса (в долях массы Урана) характерны для первых пяти (открытых с Земли) спутников. Это Миранда (127 км, 10-7), Ариэль (565 км, 1,1·10-5), Умбриэль (555 км, 1,1·10-5), Титания (800 км, 3,2·10-5) и Оберон (815 км, 3,4·10-5). Последние два спутника, согласно теоретическим оценкам, испытывают дифференциацию, то есть перераспределение различных элементов по глубине, в результате чего произошло образование силикатного ядра, мантии из льда (водяного и аммиачного) и ледяной коры. Выделяющаяся при дифференциации теплота приводит к заметному разогреванию недр, что может вызывать даже их расплавление. Остальные 10 спутников Урана (Корделия, Офелия, Бианка, Крессида, Дездемона, Джульетта, Порция, Розалинда, Белинда, Пэк) были открыты с борта космического аппарата «Вояджер-2» в 1985-86.

История открытия Урана

В течение многих веков астрономы Земли знали только пять «блуждающих звезд» — планет. 1781 был ознаменован открытием еще одной планеты, названной Ураном. Это произошло, когда английский астроном У. Гершель приступил к реализации грандиозной программы: составлению полного систематического обзора звездного неба. 13 марта вблизи одной из звезд созвездия Близнецов Гершель заметил любопытный объект, который явно не был звездой: его видимые размеры менялись в зависимости от увеличения телескопа, а главное, менялось его положение на небосводе. Гершель первоначально решил, что открыл новую комету (его доклад на заседании Королевского общества 26 апреля 1781 так и назывался — «Сообщение о комете»), но от кометной гипотезы вскоре пришлось отказаться. В благодарность Георгу III, назначившему Гершеля королевским астрономом, последний предложил назвать планету «Георгиева звезда», однако, чтобы не нарушать традиционной связи с мифологией, было принято название «Уран». Первые немногочисленные наблюдения еще не позволяли достаточно точно определить параметры орбиты новой планеты, но, во-первых, число этих наблюдений (в частности, в России, Франции и Германии) быстро увеличивалось, и во-вторых, внимательное исследование каталогов прошлых наблюдений позволило убедиться, что планета неоднократно фиксировалась и прежде, но принималась за звезду, что также заметно увеличивало число данных.

В течение 30 лет после открытия Урана острота интереса к нему периодически падала, но только на время. Дело в том, что повышение точности наблюдений выявило загадочные аномалии в движении планеты: оно то «отставало» от расчетного, то начинало «опережать» его. Теоретическое объяснение этих аномалий привело к новым открытиям — обнаружению заурановых планет.

 Нептун

НЕПТУН (астрологический знак J), планета, среднее расстояние от Солнца 30,06 а. е. (4500 млн. км), период обращения 164,8 года, период вращения 17,8 ч, экваториальный диаметр 49 500 км, масса 1,03.1026 кг, состав атмосферы: CH4, H2, Нe. Нептун имеет 6 спутников. Открыт в 1846 И. Галле по теоретическим предсказаниям У. Ж. Леверье и Дж. К. Адамса. Удаленность Нептуна от Земли существенно ограничивает возможности его исследования.

Нептун, восьмая от Солнца большая планета Солнечной системы, относится к планетам-гигантам.

Движение и параметры планеты 

Нептун движется вокруг Солнца по эллиптической, близкой к круговой (эксцентриситет — 0,009), орбите; его среднее расстояние от Солнца в 30,058 раз больше, чем у Земли, что составляет примерно 4500 млн. км. Это значит, что свет от Солнца доходит до Нептуна немногим более чем за 4 часа. Продолжительность года, то есть время одного полного оборота вокруг Солнца 164,8 земных лет. Экваториальный радиус планеты 24750 км, что почти в четыре раза превосходит радиус Земли, притом собственное вращение настолько быстрое, что сутки на Нептуне длятся всего 17,8 часов. Хотя средняя плотность Нептуна, равная 1,67 г/см3, почти втрое меньше земной, его масса из-за больших размеров планеты в 17,2 раза больше, чем у Земли. Нептун выглядит на небе как звезда 7,8 звездной величины (недоступна невооруженному глазу); при сильном увеличении имеет вид зеленоватого диска, лишенного каких-либо деталей. Нептун обладает магнитным полем, напряженность которого на полюсах примерно вдвое больше, чем на Земле.

Эффективная температура поверхностных областей — ок. 38 К, но по мере приближения к центру планеты она возрастает до (12-14)·103 К при давлении 7-8 мегабар.

Состав и внутреннее строение 

Из всех элементов на Нептуне преобладают водород и гелий примерно в таком же соотношении, как и на Солнце: на один атом гелия приходится около 20 атомов водорода. В несвязанном состоянии водорода на Нептуне значительно меньше, чем на Юпитере и Сатурне. Присутствуют и другие элементы, в основном легкие. На Нептуне, как и на других планетах-гигантах, произошла многослойная дифференциация вещества, в процессе которой образовалась протяженная ледяная оболочка как на Уране. По теоретическим оценкам, имеется и мантия, и ядро. Масса ядра вместе с ледяной оболочкой согласно расчетным моделям может достигать 90% всей массы планеты.

Спутники Нептуна

Около Нептуна движутся 6 спутников. Самый крупный из них — Тритон — имеет радиус 1600 км, что немногим (на 138 км) меньше радиуса Луны, хотя масса его на порядок меньше. Второй по величине спутник, Нереида, значительно меньших размеров (радиус 100 км) и в 20000 раз меньше по массе, чем Луна.

История открытия

После того, как в 1781 У. Гершель открыл Уран и рассчитал параметры его орбиты, довольно скоро обнаружились загадочные аномалии в движении этой планеты — оно то «отставало» от расчетного, то опережало его.

В 1832 в отчете Британской Ассоциации развития науки Дж. Эри, впоследствии ставший королевским астрономом, отмечал, что за 11 лет ошибка в положении Урана достигла почти полминуты дуги. Вскоре после опубликования отчета Эри получил от британского астронома-любителя, преподобного доктора Хассея, письмо, в котором выдвигалось предположение, что эти аномалии обусловлены воздействием пока еще неоткрытой «заурановой» планеты. По-видимому, это было первым предложением искать «возмущающую» планету. Эри не одобрил идею Хассея, и поиски не были начаты.

А еще за год до этого талантливый молодой студент Дж. К. Адамс отметил в своих записях: «В начале этой недели появилась мысль заняться сразу же после получения степени исследованием аномалий в движении Урана, которые до сих пор не объяснены. Надо найти, могут ли они быть обусловлены влиянием находящейся за ним неоткрытой планеты и, если возможно, определить хотя бы приблизительно элементы ее орбиты, что может привести к ее открытию».

Адамс получил возможность приступить к решению этой задачи только через два года, и к октябрю 1843 предварительные вычисления были закончены. Адамс решил показать их Эри, однако встретиться с королевским астрономом ему не удалось. Адамсу оставалось лишь вернуться в Кембридж, оставив для Эри результаты проведенных расчетов. По непонятным причинам Эри отреагировал на работу Адамса отрицательно, ценой чего явилась потеря Англией приоритета в открытии новой планеты.

Независимо от Адамса над проблемой заурановой планеты работал во Франции У. Ж. Леверье. 10 ноября 1845 он представил Французской АН результаты своего теоретического анализа движения Урана, заметив в заключение о расхождении между данными наблюдений и расчетов: «Это можно объяснить воздействием внешнего фактора, который я оценю во втором трактате».

Такие оценки были проведены в первой половине 1846. Успеху дела помогло предположение, что искомая планета движется, в соответствии с эмпирическим —Тициуса Боде правилом, по орбите, радиус которой равен утроенному радиусу орбиты Урана, и что орбита имеет очень малый наклон к плоскости эклиптики. Леверье выступил с указанием, где следует искать новую планету. Получив второй трактат Леверье, Эри обратил внимание на очень близкое совпадение результатов исследований Адамса и Леверье, относящихся к движению предполагаемой планеты, возмущающей движение Урана, и даже подчеркнул это на специальном заседании Совета инспекторов Гринвича. Но он, как и ранее, не торопился начать поиски и стал хлопотать о них только в июле 1846, поняв, какое негодование может вызвать впоследствии его пассивность.

Тем временем Леверье 31 августа 1846 закончил еще одно исследование, в котором была получена окончательная система элементов орбиты искомой планеты и указано ее место на небе. Но во Франции, как и в Англии, астрономы все не приступали к поискам, и 18 сентября Леверье обратился к И. Галле, ассистенту Берлинской обсерватории, который, получив разрешение директора обсерватории, 23 сентября вместе со студентом Д’Арре начал поиски. В первый же вечер планета была обнаружена, она находилась всего в 52′ от предполагаемого места.

Весть об открытии планеты «на кончике пера», что явилось одним из ярчайших триумфов небесной механики, вскоре облетела весь научный мир. По установившейся традиции планета получила название Нептун в честь античного бога.

Около года между Францией и Англией шла борьба за приоритет открытия, к которой, как это часто бывает, сами герои непосредственного отношения не имели. В частности, между Адамсом и Леверье установилось полное взаимопонимание, и они оставались друзьями до конца жизни.

Источник: www.sites.google.com


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.