Планеты-гиганты

СТАВРОПОЛЬСКИЙ РЕГИОНАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ РЕФЕРАТ ПО АСТРОНОМИИ ПЛАНЕТЫ–ГИГАНТЫ ПОДГОТОВИЛ: Каштанов Георгий ГРУППА: 31 СТАВРОПОЛЬ 2009 год «Вселенная настолько грандиозна, что в ней почетно играть даже скромную роль» Харлоу Шепли Солнечная система – это спаянная силами взаимного притяжения система небесных тел. В нее входят: центральное тело – Солнце, 9 больших планет с их спутниками (которых сейчас известно уже более 150), около 460 тысяч малых планет или астероидов, несколько сот наблюдавшихся комет и бесчисленное множество метеорных тел. Всё в солнечной системе определяется Солнцем, которое является самым массивным телом и единственным, обладающим собственным свечением.

Солнце – обычная звезда главной последовательности с абсолютной звёздной величиной +5. Его объём в миллион раз превышает объём Земли, однако по сравнению со звёздами-гигантами Солнце очень мало. Остальные небесные тела Солнечной системы светят отражённым солнечным светом, но выглядят такими яркими на небе, что нетрудно и забыть, что для вселенной в целом они даже отдалённо не являются столь важными объектами, какими представляются нам. Девять больших планет обращаются вокруг Солнца по эллипсам (мало отличающимся от окружностей) почти в одной плоскости в порядке удаления от Солнца: Меркурий, Венера, Земля (с Луной), Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон.

При этом пять планет – Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн – известны с древних времён, поскольку все они хорошо видны невооружённым глазом.

Уран, который находится на пределе видимости невооружённым глазом, был случайно открыт в 1781 г. Планеты вращаются так же вокруг своей оси, причём почти у всех планет, кроме Урана и Венеры, вращение происходит в том же направлении, что и их обращение вокруг Солнца.Чрезвычайно медленное вращение Венеры происходит в обратном направлении, а Уран вращается как бы лежа на боку. Большие планеты делятся на две отчётливо различающиеся группы.

В первую группу, которую принято называть земной, входят относи-тельно небольшие планеты: Меркурий, Венера, Земля и Марс, – с диаметрами от 12756 км (Земля) до 4880 км (Меркурий). Эти планеты имеют некоторые общие характеристики. Все они, например, имеют твёрдую поверхность и, по-видимому, состоят из сходного по составу вещества, хотя Земля и Меркурий более плотные, чем Марс и Венера.Их орбиты, в общем, не отличаются от круговых, только орбиты Меркурия и Марса более вытянуты, чем у Земли и Венеры. Меркурий и Венеру называют внутренними планетами, поскольку их орбиты лежат внутри земной; они, как и Луна, бывают видны в разных фазах – от новой до полной – и остаются в той же части неба, что и Солнце.

У Меркурия и Венеры нет спутников, Земля имеет один спутник (известную нам Луну), у Марса два спутника – Фобос и Деймос, оба очень маленькие и явно отличаются по своей природе от Луны. За Марсом находится широкий провал, в котором движутся тысячи небольших тел, называемых астероидами. Около 3,7 тысяч из них изучены, вычислены их орбиты, установлены размеры, а самим астероидам присвоены имена.

Самым крупным астероидом в Солнечной системе считалась Церера, имеющая размеры приблизительно 975×909 км, однако с 24 августа 2006 г. она получила статус карликовой планеты.Два других крупнейших астероида 2 Паллада и 4 Веста имеют диаметр ~500 км. 4 Веста является единственным объектом пояса астероидов, который можно наблюдать невооружённым глазом.

Астероиды, движущиеся по другим орбитам, также могут быть наблюдаемы в период прохождения вблизи Земли. Все малые планеты обращаются вокруг Солнца в том же направлении, что и большие планеты, но их орбиты, как правило, вытянуты и наклонены к плоскости эклиптики. Согласно современным данным, почти все малые планеты по своему составу относятся к каменистым планетам земной группы.Сравнительно недавно открытый Хирон, движущийся в основном между орбитами Сатурна и Урана, вероятно, подобен ледяным ядрам комет и небольшим спутникам далёких от Солнца планет.

Обломки малых планет, образующиеся при их столкновении друг с другом, иногда выпадают на Землю в виде метеоритов. У малых планет, именно вследствие их малых размеров, недра подогревались значительно меньше, чем у планет земной группы, и поэтому их вещество зачастую претерпело лишь небольшие изменения со времени их образования.Измерения возраста метеоритов (по содержанию радиоактивных элементов и продуктов их распада) показали, что они, а, следовательно, и вся Солнечная система существуют около 5 миллиардов лет. Этот возраст Солнечной системы находится в согласии с измерениями древнейших земных и лунных образцов.

За поясом астероидов находятся четыре планеты–гиганта: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.Самая большая из них – Юпитер, по объему он в 1300 раз превосходит Землю. Если четыре ближайшие к Солнцу планеты, планеты земной группы, невелики и состоят из плотного каменистого вещества и металлов, то планеты–гиганты – Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун – совершенно отличны от планет земной группы: они гораздо массивнее, но состоят в основном из лёгких веществ и поэтому, несмотря на огромное давление в их недрах, имеют малую плотность.

Планеты–гиганты скорее газовые и жидкие, чем твёрдые, и с очень плотными атмосферами. Их масса настолько велика, что они были способны удержать большую часть первоначального водорода.Например, масса Юпитера равна 318 земным массам, а Сатурна – 95; скорость убегания для Юпитера составляет 60 км/с, тогда как для Земли она равна 11,2 км/с. Средние расстояния планет–гигантов от Солнца составляют от 778 млн. км (Юпитер) до 4497 млн. км (Нептун). Все планеты–гиганты быстро вращаются вокруг своих осей. Например, сутки на Нептуне длятся 15 ч 48 мин на Юпитере – 9 ч 50 мин. Химический состав планет–гигантов, в основном, водородно-гелиевой основы. Средняя плотность их вещества весьма невелика.

У Юпитера она чуть больше, чем у воды, –1,3 г/см3, у Сатурна – 0,7 г/см3, т.е. даже ниже плотности воды. У Юпитера и Сатурна главную долю их массы составляют водород и гелий.

В них содержится так же до 20 % каменистых веществ и легких соединений кислорода, углерода и азота, способных при низких температурах концентрироваться в льды. Судя по всему, у планет–гигантов нет твердой поверхности. Недра планет и некоторых спутников находятся в раскалённом состоянии.Если у планет земной группы и спутников вследствие малой теплопроводности наружных слоёв внутреннее тепло очень медленно просачивается наружу и не оказывает заметного влияния на температуру поверхности, то у планет–гигантов конвекция в их недрах приводит к заметному потоку тепла из недр, превосходящему поток, получаемый ими от Солнца.

Венера, Земля и Марс обладают атмосферами, состоящими из газов, выделившихся из их недр, тогда как у планет–гигантов атмосферы представляют собой непосредственное продолжение их недр: эти планеты не имеют твердой или жидкой поверхности.

При погружении внутрь атмосферные газы постепенно переходят в конденсированное состояние. Уже довольно давно установили, что атмосферы планет–гигантов состоят из метана, аммиака, водорода, гелия. Полосы поглощения метана и аммиака в спектрах этих планет видны в огромном количестве. Причем с переходом от Юпитера к Нептуну метановые полосы постепенно усиливаются, а полосы аммиака слабеют.Основная часть атмосфер планет–гигантов заполнена густыми облаками, над которыми простирается довольно прозрачный газовый слой, где "плавают" мелкие частицы, вероятно, кристаллики замерзших аммиака и метана.

Вокруг планет–гигантов движется большое число спутников: у Юпитера их 63, у Сатурна – 61, у Урана – 27 и у Нептуна – 13. Некоторые из спутников имеют размеры планет с диаметрами, по крайней мере, равными диаметру Меркурия. Большинство спутников обращаются вокруг своих планет в том же направлении, в котором происходит осевое вращение планеты.Орбиты таких спутников обычно круговые и лежат вблизи плоскости экватора планеты, образуя уменьшенное подобие планетной системы.

Таковы, например, система спутников Урана и система галилеевских спутников Юпитера. Обратными движениями обладают спутники, расположенные далеко от планеты. Сатурн, Юпитер и Уран, кроме отдельных спутников заметных размеров, имеют множество мелких спутников, как бы сливающихся в сплошные кольца.Эти спутники движутся по орбитам, настолько близко расположенным к планете, что её приливная сила не позволяет им объединиться в единое тело. Девятая планета – Плутон – была открыта лишь в 1930 г. Это самая удалённая от Солнца из известных планет.

По химическому составу Плутон близок к группе планет–гигантов, а по размерам – к земной группе. Как известно, чем ближе планета к Солнцу, тем больше её линейная и угловая скорости и короче период обращения вокруг Солнца.В то время как плоскости орбит большинства планет близки к плоскости земной орбиты (разница составляет 7 градусов для Меркурия и много меньше для других планет), орбита Плутона наклонена к ней относительно сильно – на 17 градусов – и настолько вытянута, что при наибольшем сближении с Солнцем Плутон подходит к нему ближе, чем Нептун.

Возможно даже, что некогда он был спутником Нептуна и лишь позднее обрёл независимость.Первоначально Плутон классифицировался как планета, однако сейчас он считается одним из крупнейших объектов (но не самым крупным) в поясе Койпера – подобной поясу астероидов области Солнечной системы за орбитой Нептуна (30 а.е. от Солнца) приблизительно до расстояния 55 а.е. Расстояния от планет до Солнца образуют закономерную последовательность – промежутки между соседними орбитами возрастают с удалением от Солнца.

Эти закономерности движения планет в сочетании с делением их на две группы по физическим свойствам указывают на то, что Солнечная система не является случайным собранием космических тел, а возникла в едином процессе.Благодаря почти круговой форме планетных орбит и большим промежуткам между ними исключена возможность тесных сближений между планетами, при которых они могли бы существенно изменять своё движение в результате взаимных притяжений.

Это обеспечивает длительное существование планетной системы. Отличительные особенности планет земной группы и планет–гигантов Величайшую из планет Солнечной системы – Юпитер – долгое время считали то полузвездой, то угасшей звездой.Действительно, масса Юпитера превышает массу всех остальных планет, вместе взятых, и составляет одну тысячную массы Солнца, а ведь существуют звезды-карлики с массами 0,006–0,008 масс Солнца, то есть всего в 6-8 раз тяжелее Юпитера.

Если бы эта планета была хотя бы в десять раз тяжелее, давление и температура в ее недрах были бы достаточны для начала ядерных реакций, а, следовательно, и самосвечения, но этого не произошло, и Юпитер никогда не был звездой. Юпитер – вторая по яркости после Венеры планета Солнечной системы.Но если Венеру можно видеть только утром или вечером, то Юпитер иногда сверкает всю ночь. Из-за медленного, величественного перемещения этой планеты древние греки дали ей имя своего верховного бога Зевса, в римском же пантеоне ему соответствовал Юпитер.

Юпитер – пятая по счету от Солнца планета, обращается вокруг него на расстоянии 5,2 а.е. (т.е. отстоит от Солнца в 5,2 раза дальше, чем Земля), совершая полный оборот за 11,86 земных лет. Экваториальный диаметр Юпитера 142 600 км (в 11 раз больше диаметра Земли). Период вращения Юпитера вокруг своей оси – самый короткий из всех планет и составляет 9 ч 50 мин. 30 с на экваторе и 9 ч 55 мин. 40 с – в средних широтах.

Таким образом, Юпитер, подобно Солнцу, вращается не как твёрдое тело: скорость его вращения неодинакова в разных широтах.Из-за быстрого вращения эта планета имеет сильное сжатие у полюсов (различие экваториального и полярного радиусов по формуле отношения их разности к самому экваториальному радиусу планеты составляет 1/16, тогда как у геоида Земли оно составляет всего 1/298). Помимо большой скорости вращения Юпитера вокруг своей оси, второй основной причиной такого сильного сжатия является то, что масса планеты более сильно сконцентри-рована в глубинных районах, чем, скажем, у нашей планеты.

Этим обусловлена и "слоистость" Юпитера при его наблюдении – различные области массивной атмосферы этой планеты движутся с различными скоростями, и экваториальные "облака" обгоняют более отдаленные от экватора атмосферные массы. Масса Юпитера равна 318 массам Земли. Средняя плотность – 1,33 г/см3, что близко к плотности Солнца.

Ось вращения Юпитера почти перпендикулярна к плоскости его орбиты (наклон 87°). Даже в небольшой телескоп видно полярное сжатие Юпитера и полосы на его поверхности, параллельные экватору планеты. Видимая поверхность Юпитера представляет собой верхний уровень облаков, окружающих планету.Благодаря этому все детали на поверхности Юпитера постоянно меняют свой вид. Из устойчивых деталей известно Большое красное пятно (БКП), наблюдающееся уже более 300 лет. Это – громадное овальное образование изменяющихся размеров между Южной тропической и Южной умеренной полосами.

В настоящее время оно имеет размеры около 15 х 30 тыс. км (значительно больше размеров Земли), а 100 лет назад наблюдатели отмечали его в 2 раза большие размеры. Цвет его красноватый, но подвержен изменениям.В разное время ученые считали БКП то огромным островом гелиевого льда в водородном океане, то исполинским постоянно изверга-ющимся вулканом.

После неоднократных сближений с Юпитером американ-ских автоматических межпланетных станций в 70-х годах прошлого века было однозначно установлено, что БКП – гигантский ураган (антициклон), вращающийся в атмосфере планеты против часовой стрелки и совершающий полный оборот за шесть земных суток. Расчеты показывают, что в условиях атмосферы Юпитера такие колоссальные вихри могут существовать по нескольку тысячелетий.БКП характеризуется восходящими течениями в атмосфере.

Облака в нём расположены выше, а температура их ниже, чем в соседних областях. Спектральные исследования Юпитера показали, что атмосфера его состоит из молекулярного водорода и его соединений: метана и аммиака, а также водяного пара. В небольших количествах присутствуют также этан, сероводород, неон, кислород, фосфин, сера. Облака Юпитера состоят из кристалликов и капелек аммиака.В 1973 г. с помощью американского космического аппарата "Пионер-10" удалось обнаружить наличие гелия в атмосфере Юпитера и измерить его содержание.

Можно считать, что атмосфера Юпитера на 74 % состоит из водорода и на 26 % из гелия. На долю метана приходится не более 0,1% состава атмосферы планеты (по массе). Атмосферный слой имеет толщину около 1000 км. Ниже чисто газового слоя в атмосфере лежит слой облаков, которые мы и видим в телескоп. Слой жидкого молекулярного водорода имеет толщину 24 тыс. км. Это своеобразный водородный океан.На его "дне" давление достигает 300 ГПа, а температура 11000 К, здесь водород переходит в жидкое металлическое состояние, т.е. становится подобным жидкому металлу – протоны и электроны уже существуют отдельно.

В этой фазе у водорода очень велика электро-проводность, вследствие чего в нем возникают мощные кольцевые токи, вызывающие чрезвычайно сильное магнитное поле Юпитера (в десятки тысяч раз сильнее земного). Слой жидкого металлического водорода имеет толщину около 42 тыс. км. Внутри него располагается небольшое железно-силикатное твёрдое ядро радиусом 4 тыс. км. На границе ядра температура достигает 30000 К. В 1956 г. было обнаружено радиоизлучение Юпитера на волне 3 см, соответствующее тепловому излучению с температурой 145 К. По измерениям в инфракрасном диапазоне температура самых наружных облаков Юпитера – 130 К. Полёты американских космических аппаратов " Пионер-10" и "Пионер-11" позволили уточнить строение магнитосферы Юпитера, а измерение температуры облачного слоя в основном подтвердило известный из наземных наблюдений результат: количество тепла, которое Юпитер испускает, более чем вдвое превышает тепловую энергию, которую планета получает от Солнца.

Возможно, что идущее из недр планеты тепло выделяется в процессе медленного сжатия гигантской планеты (1 мм в год). Магнитное поле планеты оказалось сложным и состоит как бы из двух полей: дипольного (как поле Земли), которое простирается до 1,5 млн. км от Юпитера и ось которого наклонения к оси вращения на 10°, и недипольного, занимающего остальную часть магнитосферы.

Напряженность магнитного поля у поверхности в 20 раз больше, чем на Земле. Кроме теплового и дециметрового радиоизлучения, Юпитер является источником радиовсплесков (резких усилений мощности излучения) на волнах длиной от 4 до 85 м, продолжительностью от долей секунды до нескольких минут или даже часов.

Однако длительные возмущения – это не отдельные всплески, а серии всплесков – своеобразные шумовые бури и грозы.Согласно современным гипотезам, эти всплески объясняются плазменными колебаниями в ионосфере планеты.

По данным на декабрь 2005 года, у Юпитера известно 63 спутника — максимальное значение для Солнечной системы. По оценкам, спутников может быть не менее сотни. Первые четыре (самые крупные) спутника были открыты ещё Галилеем: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Они, а также внутренний, самый близкий спутник Амальтея движутся почти в плоскости экватора планеты.Ио и Европа по размерам почти сравнимы с Луной, а Ганимед и Каллисто даже больше Меркурия, хотя по массе значительно уступают ему. По сравнению с другими спутниками галилеевские исследованы более детально.

Наибольший интерес представляет Европа, обладающая глобальным океаном, в котором не исключено наличие жизни. Ио – самое сейсмически активное тело Солнечной системы. Во время пролетов мимо Ио космических кораблей, начиная с конца 70-х годов прошлого века, было зафиксировано неоднократное извержение вулканов.Лава преимущественно состоит из серы. Ио окружена очень своеобразной атмосферой: большую часть ее составляет атомарный водород, но присутствуют также обширные облака из атомов натрия.

Все крупные спутники Юпитера вращаются синхронно и всегда обращены к Юпитеру одной и той же стороной вследствие влияния мощных приливных сил планеты–гиганта. Остальные спутники намного меньше и представляют собой скалистые тела неправильной формы.Среди них есть обращающиеся в обратную сторону. Внешние спутники обращаются вокруг планеты по сильно вытянутым орбитам с большими углами наклона к экватору (до 30°). Это маленькие тела – от 10 до 120 км. Все спутники Юпитера, кроме крупнейших пяти, скорее всего, являются астероидами, захваченными мощным магнитным полем планеты.

В 1960 г. астрономом С. К. Всехсвятским, на основании наблюдений, было предсказано существование кольца Юпитера.По данным, полученным с американских космических аппаратов "Вояжер" в 70-х годах прошлого века, Юпитер действительно окружен в экваториальной области системой колец.

Кольца окружают планету перпендикулярно экватору и находятся на высоте 55 тыс. км от атмосферы. Существует два основных кольца и одно очень тонкое внутреннее, с характерной оранжевой окраской. Толщина колец, похоже, не превышает нескольких километров. Плотность колец в 100 тыс. раз меньше, чем у Сатурна. Сами кольца состоят в основном из пыли и мелких фрагментов, плохо отражающих солнечные лучи, а потому они плохо различимы.С Земли кольца могут быть замечены при наблюдении в инфракрасном диапазоне.

По результатам исследований "Галилео" был сделан вывод, что источником пополнения колец являются небольшие спутники Юпитера. Мир Юпитера – удивительный, сказочный и вместе с тем реальный. Снаружи – быстроменяющаяся облачная оболочка, которая скрывает огромный океан жидкого водорода глубиной во много тысяч километров.Ниже идет еще более удивительная оболочка из металлического водорода, прикрывающая какое-то очень плотное, а возможно и твердое ядро. В нашем земном опыте ничего подобного не встречалось, хотя в 1975 году советскими учеными и был получен металлический водород.

Вероятно, уже на глубине в 200-300 км наступает полная темнота. Юпитер, крупнейшая из планет Солнечной системы, по своей природе есть нечто среднее между карликовой звездой и планетами земного типа. Сатурн – шестая от Солнца и вторая по величине среди планет Солнечной системы.Его экваториальный диаметр лишь немного меньше, чем у Юпитера, но по массе Сатурн уступает Юпитеру более чем втрое и имеет очень низкую среднюю плотность –0,69 г/см3. Низкая плотность объясняется тем, что планеты-гиганты состоят главным образом из водорода и гелия.

При этом в недрах Сатурна давление не достигает столь высоких значений, как на Юпитере, поэтому плотность вещества там меньше.Среднее расстояние между Сатурном и Солнцем составляет 1433,5 млн. км (9,58 а.е). Двигаясь со средней скоростью 9,69 км/с, Сатурн обращается вокруг Солнца за 10759 суток (примерно 29,5 лет). Период вращения Сатурна вокруг собственной оси – 10 ч 34 мин. и 13 с. В популярных книгах по астрономии иногда приводится забавный рисунок – в гигантском воображаемом бассейне с водой с легкостью пробки плавает Сатурн.

Эта фантастическая ситуация отражает реальный факт: Сатурн – единственное тело Солнечной системы, которое легче воды. Его средняя плотность составляет всего 0,69 г/см3, что в два раза меньше средней плотности Солнца.Это позволяет с большой долей уверенности говорить о том, что Сатурн состоит преимущественно из водорода (80 % по расчетам ученых) и гелия (18 %). Предположения о внутреннем строении Сатурна во многом опирались на более достоверные заключения о Юпитере.

В целом картина схожая: в верхних слоях атмосферы Сатурна, помимо водорода и гелия, обнаружены также незначительные количества метана. Ниже, как и у Юпитера, идет глобальный водородный океан, затем слой металлического водорода.В центре находится силикатно-металлическое ядро. Спектроскопические исследования обнаружили в атмосфере Сатурна некоторые молекулы.

Температура поверхности облаков на Сатурне близка к температуре плавления метана (-184 С), из твёрдых частичек которого скорее всего и состоит облачный слой планеты.В телескоп видны вытянутые вдоль экватора тёмные полосы, называемые также поясами, и светлые зоны, но эти детали менее контрастны, чем на Юпитере, и отдельные пятна в них наблюдаются гораздо реже. Верхние слои атмосферы Сатурна состоят на 93 % из водорода (по объёму) и на 7 % – из гелия (по сравнению с 18 % в атмосфере Юпитера). Имеются примеси метана, водяного пара, аммиака и некоторых других газов. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских.

По данным "Вояджеров", на Сатурне дуют сильные ветра, аппараты зарегистрировали скорости воздушных потоков 500 м/с. Ветра дуют, в основном, в восточном направлении (по направлению осевого вращения). Их сила ослабевает при удалении от экватора; при удалении от экватора появляются также и западные атмосферные течения.

Ряд данных указывают, что ветра не ограничены слоем верхних облаков, они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2 тыс. км. Кроме того, измерения "Вояджера-2" показали, что ветра в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора. Есть предположение, что симметричные потоки как-то связаны под слоем видимой атмосферы.В атмосфере Сатурна иногда появляются устойчивые образования, представляющие собой сверхмощные ураганы.

Аналогичные объекты наблюдаются и на других газовых планетах Солнечной системы (например, Большое красное пятно на Юпитере, Большое тёмное пятно на Нептуне). Гигантский "Большой белый овал" появляется на Сатурне примерно один раз в 30 лет, в последний раз он наблюдался в 1990 году (менее крупные ураганы образуются чаще). Не до конца понятным на сегодняшний день остаётся такой атмосферный феномен Сатурна, как "Гигантский гексагон". Он представляет собой устойчивое образование в виде правильного шестиугольника с поперечником 25 тыс. км, которое окружает северный полюс Сатурна.

В атмосфере обнаружены мощные грозовые разряды, полярные сияния, ультрафиолетовое излучение водорода. В частности, 5 августа 2005 г. космический аппарат "Кассини" зафиксировал радиоволны, вызванные молнией. В глубине атмосферы Сатурна растут давление и температура, и водород постепенно переходит в жидкое состояние.На глубине около 30 тыс. км водород становится металлическим (а давление достигает около 3 миллионов атмосфер). Циркуляция электротоков в металлическом водороде создаёт магнитное поле (гораздо менее мощное, чем у Юпитера). В центре планеты находится массивное ядро (до 20 земных масс) из тяжёлых материалов – камня, железа и, предположительно, льда. Сегодня известно, что у всех четырёх газообразных гигантов есть кольца, но у Сатурна они самые красивые и заметные.

Кольца Сатурна хорошо видны в телескоп в виде "ушек" по обе стороны диска планеты.Они были замечены ещё Галилеем.

Кольца Сатурна – одно из самых удивительных и интересных образований в Солнечной системе. Плоская система колец опоясывает планету вокруг экватора и нигде не соприкасается с поверхностью. Существует три основных кольца и четвёртое – более тонкое. Все вместе они отражают больше света, чем диск самого Сатурна. Три основных кольца принято обозначать первыми буквами латинского алфавита.Кольцо В – центральное, самое широкое и яркое, оно отделяется от большего внешнего кольца А щелью Кассини шириной почти 4 тыс. км, в которой находятся тончайшие, почти прозрачные кольца. Внутри кольца А есть тонкая щель, которая называется разделительной полосой Энке. Кольцо С, находящееся ещё ближе к планете, чем В, почти прозрачно.

Сквозь все кольца Сатурна просвечивают звёзды. Кольца вращаются вокруг Сатурна, причём скорость движения внутренних частей больше, чем наружных.Кольца Сатурна не сплошные, а представляют собой плоскую систему из бесконечного количества мелких спутников планеты.

Плоскость колец практически совпадает с плоскостью экватора Сатурна и имеет постоянный наклон к плоскости орбиты, равный приблизительно 28°. В зависимости от положений планеты на орбите мы видим кольца с Земли то с одной, то с другой стороны. Полный цикл изменения их вида завершается в течение 29,5 лет – таков период обращения Сатурна вокруг Солнца. Время от времени кольца на короткий срок перестают быть видимыми в телескопы средних размеров.Это происходит, когда плоскость колец проходит точно через Солнце и боковая поверхность оказывается лишенной яркого освещения, либо когда кольца бывают обращены к наблюдателю "ребром" и выглядят как чрезвычайно тонкая полоска, видимая только в крупнейшие телескопы.

Кольца Сатурна очень тонкие.При диаметре около 250 тыс. км их толщина не достигает и 1 км. Несмотря на свой внушительный вид, количество вещества, составляющего кольца, крайне незначительно. Если его собрать в один монолит, его диаметр не превысил бы 100 км. На изображениях, полученных зондами, видно, что на самом деле кольца образованы из тысяч колец, чередующихся со щелями; картина напоминает дорожки грампластинок.

Частички, из которых состоят кольца, в большинстве своём имеют размер в несколько сантиметров, но изредка попадаются тела в несколько метров, а совсем редко – до 1-2 км. Похоже, что частицы почти полностью состоят изо льда или каменистого вещества, покрытого льдом.Инфракрасные спектры колец Сатурна напоминают спектры водяного инея. Однако в других частях спектра позднее была обнаружена особенность, не характерная для чистого льда. Существует полная согласованность между кольцами и спутниками планеты.

И действительно, некоторые из них, так называемые «спутники-пастухи», играют роль в удержании колец на их местах. Происхождение колец Сатурна ещё не совсем ясно. Возможно, они сформировались одновременно с планетой.Тем не менее, это нестабильная система, а материал, из которого они состоят, периодически замещается, вероятно, из-за разрушения некоторых мелких спутников.

Помимо колец, у Сатурна известно большое количество спутников. По состоянию на 2009 г. известен 61 спутник Сатурна, 12 из которых открыты при помощи космических аппаратов "Вояджер-1" (1980), "Вояджер-2" (1981) и "Кассини" (2004–2007). Большинство спутников, кроме Гипериона и Фебы, имеет синхронное собственное вращение – они повёрнуты к Сатурну всегда одной стороной.Все спутники Сатурна, кроме Фебы, обращаются в прямом направлении.

Феба движется по орбите с довольно большим эксцентриситетом в обратном направлении. Информации о вращении самых мелких спутников нет. Самый близкий к Сатурну спутник – Янус – движется настолько близко к поверхности планеты, что обнаружить его удалось только при наблюдении затмений колец Сатурна, создающих вместе с планетой яркий ореол в поле зрения телескопа. Самый большой спутник Сатурна – Титан – один из величайших спутников в Солнечной системе по размеру и массе.Его диаметр (5150 км) приблизительно такой же, как диаметр Ганимеда.

Титан окружен атмосферой, которая в десять раз массивнее земной, и состоит, по-видимому, главным образом, из азота. Велико содержание здесь и таких соединений, как метан, этан и ацетилен. В атмосфере движутся непрозрачные облака. Учёные предполагают, что условия на этом спутнике схожи с теми, которые существовали на нашей планете 4 миллиарда лет назад, когда на Земле только зарождалась жизнь.Интересны также еще четыре крупных спутника Сатурна – Япет, Рея, Диона и Тефия (диаметры порядка 1000 км). Дело в том, что одно их полушарие (для Япета – переднее по направлению вращения вокруг Сатурна, для остальных – наоборот) намного темнее другого.

Ученые считают, что яркая сторона этих тел покрыта снегом, тогда как другая – какими-то горными породами. Уран – седьмая по порядку от Солнца планета Солнечной системы. По диаметру он почти вчетверо больше Земли, очень далёк от Солнца и освещён сравнительно слабо.Уран стал первой планетой, обнаруженной в Новое время и при помощи телескопа.

Об открытии Урана английский учёный Уильям Гершель объявил 13 марта 1781 года, тем самым впервые со времён античности расширив границы Солнечной системы в глазах человека.Несмотря на то, что порой Уран различим невооружённым глазом, ранние наблюдатели никогда не признавали Уран за планету из-за его тусклости и медленного движения по орбите. Какие-либо детали на поверхности Урана различить не удаётся из-за малых угловых размеров планеты в поле зрения телескопа.

Это затрудняет его исследования, в том числе и изучение закономерностей вращения. Ориентация Урана в пространстве отличается от остальных планет Солнечной системы – его ось вращения лежит как бы "на боку" относительно плоскости обращения этой планеты вокруг Солнца. Вследствие этого планета бывает обращена к Солнцу попеременно то северным полюсом, то южным, то экватором, то средними широтами.Такой наклон экватора создаёт необычные условия освещения: на полюсах в определённый сезон солнечные лучи падают почти отвесно, а полярный день и полярная ночь охватывают (попеременно) всю поверхность планеты, кроме узкой полосы вдоль экватора.

Это даёт полностью отличный от других планет Солнечной системы процесс смены времён года. Если другие планеты можно сравнить с вращаю-щимися волчками, то Уран больше похож на катящийся шар. В качестве причины такого аномального вращения обычно называется столкновение Урана с другим небесным телом на раннем этапе его формирования.

Так как Уран обращается по орбите вокруг Солнца за 84 года, то полярный день на полюсах продолжается 42 года, затем сменяется полярной ночью такой же продолжительности. Лишь в экваториальном поясе Урана Солнце регулярно восходит и заходит с периодичностью равномерного осевого вращения планеты.Даже в тех участках, где Солнце расположено в зените, температура на Уране (точнее – на видимой поверхности облаков) составляет около -215 С. В таких условиях некоторые газы замерзают.

В составе атмосферы Урана, по спектроскопическим наблюдениям, найдены водород и небольшая примесь метана. В относительно большом количестве есть, по косвенным признакам, гелий. Как и другие планеты–гиганты, Уран имеет такой состав, вероятно, почти до самого центра.В отличие от газовых гигантов – Сатурна и Юпитера, состоящих в основном из водорода и гелия, в недрах Урана и схожего с ним Нептуна отсутствует металлический водород, но зато много высокотемпературных модификаций льда – по этой причине специалисты выделили эти две планеты в отдельную категорию "ледяных гигантов". Основу атмосферы Урана составляют водород и гелий. Кроме того, в ней обнаружены следы метана и других углеводородов, а также облака изо льда, твёрдого аммиака и водорода.

Это самая холодная планетарная атмосфера Солнечной системы с минимальной температурой в 49 К (−224°C). Полагают, что Уран имеет сложную слоистую структуру облаков, где вода составляет нижний слой, а метан – верхний.

В отличие от Нептуна, поверхность Урана состоит в основном изо льдов и скал. Однако средняя плотность Урана (1,58г/см3) несколько больше, чем плотность Сатурна и Юпитера, хотя вещество в недрах этих гигантов сжато гораздо сильнее, чем на Уране. Такую плотность Урана можно объяснит предположением о повышенном содержании гелия или существованием в недрах Урана ядра из тяжелых элементов.Так же, как и у других газовых гигантов Солнечной системы, у Урана имеется система колец и магнитосфера, а кроме того, 27 спутников.

Одной необычной особенностью Урана является открытая в 1977 г. система опоясывающих колец. Они состоят из множества отдельных непрозрачных и, по-видимому, очень тёмных частиц. В отличие от колец Сатурна кольца Урана – узкие, как бы "ниточные" образования.Они не видны в отраженном свете и обнаруживаются только по сильному ослаблению блеска звёзд, оказавшихся для земного наблюдателя позади колец при орбитальном движении планеты. Удалённость колец от центра Урана составляет от 1,6 до 1,85 радиуса планеты.

На данный момент у Урана известно 13 колец, самым ярким из которых является кольцо ε (эпсилон). Кольца Урана, вероятно, весьма молоды – на это указывают промежутки между ними, а также различия в их прозрачности. Это говорит о том, что кольца не были сформированы вместе с планетой.Возможно, ранее кольца были одним из спутников Урана, который разрушился либо при столкновении с неким небесным телом, либо под действием приливообразу-ющих сил. В системе Урана открыто 27 естественных спутников.

Названия для них выбраны по именам персонажей произведений классиков английской литературы Уильяма Шекспира и Александра Поупа. Можно выделить пять основных самых крупных спутников: это Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон. Спутниковая система Урана наименее массивна среди спутниковых систем газовых гигантов. Даже объединённая масса всех этих пяти спутников не составит и половины массы Тритона, спутника Нептуна.Наибольший из спутников Урана, Титания, имеет радиус всего в 788,9 км, что менее половины радиуса земной Луны, хотя и больше, чем у Реи – второго по величине спутника Сатурна.

Луны Урана – это скопления льда и горных пород в соотношении примерно 50 на 50. Лёд может включать в себя аммиак и углекислый газ. Среди спутников у Ариэля, судя по всему, самая молодая поверхность с наименьшим количеством кратеров. Поверхность Умбриэля, судя по степени кратерирован-ности, скорее всего, самая старая.На Миранде имеются каньоны до 20 км глубиной, террасы и хаотичный ландшафт. Одна из теорий объясняет это тем, что когда-то Миранда столкнулась с неким небесным телом и развалилась на части, хотя потом "собралась" силами притяжения снова.

Спутники Урана вращаются по орбитам, плоскости которых практически совпадают между собой. Вся система в целом отличается необычайным наклоном – её плоскость почти перпендикулярна к средней плоскости всех планетных орбит.Нептун – восьмая по счёту планета Солнечной системы.

Нептун также четвёртый по диаметру и третий по массе. Нептун в 17 раз массивнее Земли и немного более массивный, чем похожий на него Уран, который в 15 раз превосходит Землю по массе и менее плотный, чем Нептун. Нептун был открыт необычным образом. Было замечено, что Уран движется не совсем так, как ему полагается двигаться под действием притяжения Солнца и известных в то время планет.Тогда заподозрили существование ещё одной массивной планеты и попытались математически вычислить её положение на небе. Эту чрезвычайно сложную задачу независимо друг от друга успешно решили английский астроном Дж. Адамс и француз У. Леверье.

Получив данные Леверье, ассистент Берлинской обсерватории И. Галле 23 сентября 1846 г. обнаружил планету. Открытие Нептуна имело величайшее значение прежде всего потому, что оно послужило блестящим подтверждение закона всемирного тяготения, положенного в основу расчётов. Нептун движется вокруг Солнца по эллиптической, близкой к круговой (эксцентриситет 0, 009), орбите.

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. Средняя удалённость Нептуна от Солнца – 30,1 а.е что составляет примерно 4500 млн. км (это значит, что свет от Солнца доходит до Нептуна немногим более чем за 4 часа). Период вращения по орбите – 164 года и 288 суток.Таким образом, с момента открытия Нептун даже не совершил полного оборота по своей орбите. Видимый угловой диаметр Нептуна составляет около 2". При измерении столь малого диаметра угломерными приспособлениями с поверхности Земли относительная ошибка очень велика.

Уточнить диаметр Нептуна удалось 7 апреля 1967 г когда планета в своём движении на фоне звёздного неба заслонила одну из далёких звёзд. По результатам наблюдений нескольких астрономических обсерваторий, экваториальный диаметр Нептуна составляет 50200 км. Первоначально предполагалось, что средняя плотность Нептуна составляет 1,67 г/см3. Новые сведения о диаметре позволили уточнить величину средней плотности Нептуна: она оказалась равной 2,30 г/см3. Такие характеристики типичны для планет–гигантов, состоящих главным образом из водорода и гелия с примесью соединений других химических элементов.

Хотя средняя плотность Нептуна 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 зеленовато–голубоватого диска, лишенного каких-либо деталей.

Нептун по составу близок к Урану, но у обоих есть различия по составу от больших планет–гигантов – Юпитера и Сатурна.Астрономы иногда помещают их в отдельную категорию, "ледяные гиганты". Атмосфера планеты подобна атмосфере Юпитера и Сатурна в том, что состоит в основном из водорода и гелия, но содержит в себе более высокую пропорцию льда (водного, аммиачного и метанового) наряду со следами углеводородов и, возможно, азота.

В контрасте с этим, недра Нептуна состоят главным образом из горных пород и льдов подобно Урану. Следы метана во внешних областях планеты частично являются причиной зеленовато–голубоватого оттенка атмосферы планеты. Во время пролёта "Вояджера-2" в 1989 г. в южном полушарии Нептуна было обнаружено так называемое Большое тёмное пятно, аналогичное Большому красному пятну на Юпитере.Изучение характера ослабления блеска звезды при её затмении атмосферой Нептуна дало много дополнительной информации.

В частности, был найден средний молекулярный вес надоблачных слоёв атмосферы Нептуна. Он соответствует молекулярному водороду с небольшой примесью метана.В атмосфере Нептуна бушуют самые сильные ветры среди планет Солнечной системы, по некоторым оценкам – со скоростями до 2100 км/ч. Температура Нептуна в верхних слоях атмосферы очень близка к −218°C. В центре Нептуна температура составляет примерно 7000°C, что сопоставимо с температурой на поверхности Солнца и сравнимо с внутренней температурой большинства известных планет.

В центре Нептуна, согласно расчётам, имеется тяжёлое ядро из силикатов, металлов и других элементов, входящих в состав земной группы.Нептун обладает магнитным полем, напряженность которого на полюсах примерно вдвое больше, чем на Земле. У Нептуна есть слабая и фрагментированная кольцевая система, возможно, обнаруженная ещё в 1960-е годы, но достоверно подтверждённая "Вояджером-2" лишь в 1989 г. Кольца могут состоять из ледяных частиц, покрытых силикатами, или основанным на углероде материалом, которые наиболее вероятно придаёт им красноватый оттенок. В систему колец Нептуна входит 5 компонентов.

Относительно узкое, самое внешнее, расположенное в 63 тысячах километров от центра планеты – кольцо Адамса; кольцо Леверье на удалении в 53000 км от центра и более широкое; более слабое кольцо Галле на расстоянии в 42000 км. Слабое продление кольца Леверье наружу называется Лассел, и оно ограничено своим внешним краем – кольцом Араго – на расстоянии в 57000 км. Первое кольцо Нептуна было обнаружено в 1968 году командой астрономов во главе с Эдвардом Гайненом.

Но позже считалось, что это кольцо могло быть неполным, дефектным.Такое мнение возобладало после наблюдения за покрытием колец звездой в 1984 г когда кольца затмили звезду во время её входа в тень, а не по выходу из неё. Изображения "Вояджера-2" от 1989 г. уладили эту проблему, поскольку было обнаружено ещё несколько слабых колец, но с достаточно массивной структурой.

Причина этого так и не выяснена до сих пор, но это могло произойти из-за гравитационного взаимодействия с маленькими спутниками на орбите поблизости от колец.Наиболее удалённое кольцо Адамс, как теперь известно, содержит 5 "дужек". Существование этих дуг было трудно объяснить, потому что законы механики предсказывают, что дуги должны были бы за достаточно короткий момент времени соединиться в однородное кольцо.

Считалось, что в таком положении дуги удерживает гравитационный эффект спутника Нептуна – Галатеи, которая обращается вокруг Нептуна вблизи от внутренней границы кольца Адамса. Однако новые исследования показывают, что влияние гравитации Галатеи недостаточно для того, чтобы удерживать материал колец в том положении, в котором он находится сейчас.Наблюдаемые результаты можно объяснить присутствием ещё одного спутника Нептуна, который может иметь достаточно малый размер (до 6 км), и вследствие этого может быть ещё не открыт.

Наблюдения с поверхности Земли, опубликованные в 2005 году, показали, что кольца Нептуна намного более непостоянны, чем ранее мыслилось. Изображения, полученные обсерваторией на Гавайских островах в 2002-2003 гг показывают значительные перемены по сравнению с изоображе-ниями "Вояджера-2". В частности, кажется что одна из дуг («Liberté») может исчезнуть всего через столетие.У Нептуна на данный момент известно 13 спутников.

Крупнейший из них весит более чем 99,5 процентов от масс всех спутников Нептуна, вместе взятых, и лишь он массивен настолько, чтобы стать сфероидальным. Это Тритон, открытый Уильямом Ласселом всего через 17 дней после открытия Нептуна. В отличие от всех остальных крупных спутников планет в Солнечной системе, Тритон обладает ретроградной орбитой. Возможно, он был захвачен гравитацией Нептуна, а не сформировался на месте, и, возможно, когда-то был карликовой планетой.Он достаточно близок к Нептуну, чтобы быть зафиксированным в синхронном вращении. Из-за приливного ускорения Тритон медленно двигается по спирали к Нептуну, и, в конечном счёте, будет разрушен, в результате чего образуется кольцо, которое может быть более мощным, чем кольца Сатурна (это произойдёт через относительно небольшой в астрономических масштабах период времени: от 10 до 100 миллионов лет). В 1989 г. Тритон считался самым холодным объектом в Солнечной системе, температура которого была измерена, с предполагаемой температурой в −235 °C (38 K). Тритон является одним из трёх спутников планет Солнечной системы, имеющих атмосферу (наряду с Ио и Титаном). Указывается на возможность существования под ледяной корой Тритона жидкого океана, подобного океану Европы.

Второй (по времени открытия) известный спутник Нептуна – Нереида, спутник неправильной формы с одним из самых высоких эксцентриситетов орбиты среди прочих спутников Солнечной системы.

С июля по сентябрь 1989 г. "Вояджер-2" обнаружил 6 новых спутников Нептуна.

Среди них примечателен спутник Протей неправильной формы. Он примечателен тем, каким большим может быть тело его плотности, без стягивания в сферическую форму собственной гравитацией. Второй по массе спутник Нептуна составляет лишь четверть процента от массы Тритона. Четыре самые внутренние спутника Нептуна – Наяда, Таласса, Деспина и Галатея. Их орбиты так близки к Нептуну, что находятся в пределах его колец.Следующая за ними, Ларисса, была первоначально открыта в 1981 г. при покрытии звезды. Сначала покрытие было приписано дугам колец, но когда "Вояджер-2" посетил Нептун в 1989 г выяснилось, что покрытие было произведено спутником.

Между 2002 и 2003 годом было открыто ещё 5 спутников Нептуна неправильной формы, что было анонсировано в 2004 г. Поскольку Нептун был римским богом морей, его спутники называют в честь меньших морских божеств. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. В.Н. Жарков «Внутреннее строение Земли и планет». М.: Наука, 1974. 2. Энциклопедический словарь юного астронома.

М.: Педагогика, 1980. 3. Поиски жизни в Солнечной системе: Пер. с англ. М.: Мир, 1988. 4. И.А. Климишин “Астрономия наших дней” М.: Наука, 1986. 5. Астрономия: Учеб. для 11 кл. сред. шк М.: Просвещение, 1990. 6. Энциклопедия для детей. Т. 8. Астрономия / Глав. ред. М.Д. Аксенова.М.: Аванта+, 1999. 7. Ф.Ю. Зигель “Путешествие по недрам планет”. М.: Недра, 1988. 8. Д.Я. Мартынов “Курс общей астрофизики”. М.: Наука, 1988. 9. М.Я. Маров «Планеты Солнечной системы». М 1986. 10. В.В. Порфильев «Астрономия.

Учебник для 11 класса». М.: Просвещение, 2004. 11. www.ru.wikipedia.org.