Все планеты гиганты имеют быстрое осевое вращение. Планеты - гиганты. Юпитер - самая большая планета-гигант

Лекция: Солнечная система: планеты земной группы и планеты-гиганты, малые тела солнечной системы

Солнечная система состоит из различного рода тел. Основным из них, конечно же, является солнце. Но если не брать его во внимание, то главными элементами Солнечной системы считаются планеты. Именно они являются вторыми по значимости элементами после солнца. Сама солнечная система носит такое название в связи с тем, что солнце здесь играет ключевую роль, поскольку все планеты вращаются именно вокруг солнца.

Планеты земной группы

В настоящее время выделяется две группы планет Солнечной системы. Первая группа - это планеты земной группы. К ним относятся Меркурий, Венера, Земля, а также Марс. В данном списке все они перечислены, исходя из расстояния от Солнца до каждой из этих планет. Свое название они получили в связи с тем, что их свойства чем-то напоминают характеристики планеты Земля. Все планеты земной группы имеют твердую поверхность. Особенностью каждой из этих планет является то, что все они по-разному вращаются вокруг собственной оси. К примеру, у Земли один оборот полного вращения происходит в течение суток, то есть 24 часа, в то время как у Венеры полное вращение осуществляется за 243 земных дня.

У каждой из планет земной группы присутствует своя атмосфера. Она различная по уровню плотности и составу, но она точно существует. К примеру, у Венеры она достаточно плотная, в то время как у Меркурия она практически незаметна. Фактически на данный момент бытует мнение относительно того, что у Меркурия вообще отсутствует атмосфера, однако, на самом деле, это не так. Все атмосферы планет земной группы состоят из веществ, молекулы которых сравнительно тяжёлые. К примеру, атмосфера Земли, Венеры и Марса состоит из углекислого газа и водяных паров. В свою очередь, атмосфера Меркурия состоит в основном из гелия.

Помимо атмосферы, все планеты земной группы имеют приблизительно одинаковый химический состав. В частности, они состоят преимущественно из соединений кремния, а также железа. Впрочем, в составе этих планет есть и иные элементы, но их количество не столь велико.

Особенностью планет земной группы является то, что в их центре присутствуют ядро различной массы. При этом, все ядра находятся в жидком состоянии - исключение составляет, предположительно, только Венера.

У каждой из планет земной группы существуют собственные магнитные поля. При этом, у Венеры их воздействие практически незаметно, в то время как у Земли, Меркурия и Марса они достаточно ощутимы. Что касается Земли, то ее магнитные поля не стоят на одном месте, а двигаются. И хотя их скорость по сравнению с человеческими представлениями крайне мала, ученые предполагают, что движение полей может в дальнейшем привести к смене магнитных поясов.

Ещё одной особенностью планет земной группы является то, что у них практически отсутствуют естественные спутники. В частности, на сегодняшний день они обнаружены только у Земли и у Марса.

Вторая группа планет именуется "планеты-гиганты". К ним относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. По своей массе они значительно превышают массу планет земной группы.

Самым лёгким гигантом на сегодняшний день является Уран, однако и его масса превосходит массу земли

приблизительно в 14 с половиной раз. А самой тяжелой планетой солнечной системы (за исключением Солнца) является Юпитер.

Ни у одной из планет-гигантов фактически нет собственной поверхности, поскольку все они находятся в газообразном состоянии. Газы, из которых состоят эти планеты, по мере приближения к центру или экватору, как его называют, переходят в жидкое состояние. В связи с этим можно заметить разницу в особенностях вращения планет-гигантов вокруг своей же оси. Необходимо отметить, что продолжительность полного оборота составляет максимум 18 часов. Между тем, каждый слой планеты вращается вокруг своей оси с разной скоростью. Данная особенность связана с тем, что планеты-гиганты не являются твердыми. В связи с этим, их отдельные части как бы не связаны между собой.

В центре всех планет-гигантов находится твердое ядро небольших размеров. Вероятнее всего, одним из основных веществ данных планет является водород, который обладает металлическими характеристиками. Благодаря этому, на сегодняшний момент доказано, что у планет-гигантов имеется собственное магнитное поле. Впрочем, в науке на данный момент крайне мало убедительных доказательств и крайне много противоречий, которые могли бы охарактеризовать планеты-гиганты.

Отличительной их чертой является то, что у таких планет имеется множество естественных спутников, а также колец. Кольцами в данном случае именуются мелкие скопления частиц, которые вращаются непосредственно вокруг планеты и собирают различного рода пролетающие мимо мелкие частицы.

На сегодняшний момент науки официально известно только 9 больших планет. Впрочем, в состав планет земной группы и планет-гигантов входят только восемь. Девятая планета, которым является Плутон, не подходит ни к одной из перечисленных групп, поскольку находится на очень далеком расстоянии от Солнца и практически не изучена. Единственное, что можно сказать о Плутоне – то, что его состояние близко к твердому. В настоящий момент существует предположение о том, что Плутон вообще не является планетой. Данное предположение существует более 20 лет, однако решение по исключении Плутона из состава планет пока что не принято.

Малые тела солнечной системы

Кроме планет в Солнечной системе существует масса всевозможных, относительно небольших по своему весу тел, которые именуются астероидами, кометами, малыми планетами и так далее. В целом, данные небесные тела входят в группу малых небесных тел. Они отличаются от планет тем, что имеет твердое состояние, относительно небольшие размеры и могут двигаться вокруг Солнца не только в прямом, но и в обратном направлении. Их размеры гораздо меньше, по сравнению с любой из открытых на сегодняшний момент планет. Теряя космическое притяжение, малые небесные тела солнечной системы попадают в верхние слои земной атмосферы, где сгорают либо падают в форме метеоритов. Изменение состояния тел, вращающихся вокруг иных планет ещё не изучено.

Издавна внимание людей привлекает космос. Планеты Солнечной системы астрономы начали изучать еще в средние века, рассматривая их в примитивные телескопы. Но тщательную классификацию, описание особенностей строения и движения небесных тел стало возможно сделать только в 20 веке. С появлением мощного оборудования, оснащенных по последнему слову техники обсерваторий и космических кораблей было открыто несколько ранее неизвестных объектов. Теперь каждый школьник может перечислить все планеты Солнечной системы по порядку. Почти на все из них опускался космический зонд, а человек пока побывал только на Луне.

Что такое Солнечная система

Вселенная огромна и включает в себя множество галактик. Наша Солнечная система входит в состав галактики в которой более 100 миллиардов звезд. Но очень мало таких, которые похожи на Солнце. В основном все они - красные карлики, которые и по размеру меньше него, и светят не так ярко. Ученые высказали предположение, что Солнечная система образовалась после возникновения Солнца. Его огромное поле притяжения захватило газо-пылевое облако, из которого в результате постепенного охлаждения образовались частички твердого вещества. Со временем из них сформировались небесные тела. Считается, что Солнце сейчас пребывает на середине своего жизненного пути, поэтому существовать оно, равно как и все зависимые от него небесные тела, будет еще несколько миллиардов лет. Ближний космос астрономами изучен давно, и любой человек знает, какие существуют планеты Солнечной системы. Фото их, сделанные с космических спутников, можно найти на страницах всевозможных информационных ресурсов, посвященных данной тематике. Все небесные тела удерживаются сильным полем притяжения Солнца, которое составляет более 99 % объема Солнечной системы. Крупные небесные тела вращаются вокруг светила и вокруг своей оси в одном направлении и в одной плоскости, которую называют плоскостью эклиптики.

Планеты Солнечной системы по порядку

В современной астрономии принято считать небесные тела, начиная от Солнца. В 20 веке была создана классификация, в которую входит 9 планет Солнечной системы. Но последние исследования космоса и новейшие открытия подтолкнули ученых к пересмотру многих положений в астрономии. И в 2006 году на международном конгрессе, из-за своих маленьких размеров (карлик, в диаметре не превышающий трех тыс. км), Плутон был исключен из числа классических планет, и их осталось восемь. Теперь строение нашей Солнечной системы приняло симметричный, стройный вид. Она включает в себя четыре планеты земной группы: Меркурий, Венеру, Землю и Марс, потом идет пояс астероидов, после него следуют четыре планеты-гиганта: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. На окраине Солнечной системы тоже проходит который ученые назвали поясом Койпера. Именно в нем и расположен Плутон. Эти места еще мало изучены из-за своей отдаленности от Солнца.

Особенности планет земной группы

Что же позволяет отнести эти небесные тела к одной группе? Перечислим основные характеристики внутренних планет:

• относительно небольшие размеры;
• твердая поверхность, высокая плотность и схожий состав (кислород, кремний, алюминий, железо, магний и прочие тяжелые элементы);
• наличие атмосферы;
• одинаковое строение: ядро из железа с примесями никеля, мантия, состоящая из силикатов, и кора из силикатных пород (кроме Меркурия - у него коры нет);
• малое количество спутников - всего 3 на четыре планеты;
• довольно слабое магнитное поле.

Особенности планет-гигантов

Что же касается внешних планет, или газовых гигантов, то им присущи такие схожие характеристики:

• большие размеры и массы;
• они не имеют твердой поверхности и состоят из газов, в основном это гелий и водород (поэтому их еще называют газовыми гигантами);
• жидкое ядро, состоящее из металлического водорода;
• высокая скорость вращения;
• сильное магнитное поле, чем объясняется необычность многих процессов, протекающих на них;
• в этой группе 98 спутников, большинство из которых принадлежат Юпитеру;
• самая характерная особенность газовых гигантов - это наличие колец. Они есть у всех четырех планет, правда, не всегда заметны.

Первая по счету планета - Меркурий

Расположен он ближе всех к Солнцу. Поэтому с его поверхности светило выглядит в три раза большим, нежели с Земли. Этим же объясняются сильные перепады температур: от -180 до +430 градусов. Меркурий очень быстро движется по орбите. Может, поэтому он получил такое название, ведь в греческой мифологии Меркурий - это вестник богов. Здесь практически нет атмосферы, и небо всегда черное, но Солнце светит очень ярко. Впрочем, на полюсах есть места, куда его лучи не попадают никогда. Этот феномен можно объяснить наклоном оси вращения. Воды на поверхности не нашли. Это обстоятельство, а также аномально высокая дневная температура (равно как и низкая ночная) вполне объясняют факт отсутствия жизни на планете.

Венера

Если изучать планеты Солнечной системы по порядку, то второй по счету идет Венера. Ее люди могли наблюдать на небе еще в древности, но, поскольку показывалась она только утром и вечером, считалось, что это 2 разных объекта. Кстати, наши предки-славяне называли её Мерцаной. Это третий по яркости объект в нашей Солнечной системе. Раньше люди называли ее утренней и вечерней звездой, ведь лучше всего она видна перед восходом и закатом Солнца. Венера и Земля очень похожи по строению, составу, размерам и силе тяжести. Вокруг своей оси эта планета движется очень медленно, делая полный оборот за 243.02 земных суток. Конечно, условия на Венере сильно отличаются от земных. Она находится в два раза ближе к Солнцу, поэтому там очень жарко. Высокая температура объясняется еще и тем, что густая облачность из серной кислоты и атмосфера из углекислого газа создают на планете парниковый эффект. Кроме того, давление у поверхности больше, чем на Земле, в 95 раз. Поэтому первый корабль, посетивший Венеру в 70-е годы 20 века, выдержал там не более часа. Особенностью планеты является еще и то, что вращается она в противоположном направлении, по сравнению с большинством планет. Больше астрономам об этом небесном объекте пока ничего не известно.

Третья от Солнца планета

Единственное место в Солнечной системе, да и во всей известной астрономам Вселенной, где существует жизнь, - Земля. В земной группе она имеет самые большие размеры. Каковы еще ее

1. Самая большая гравитация среди планет земной группы.
2. Очень сильное магнитное поле.
3. Высокая плотность.
4. Она единственная среди всех планет обладает гидросферой, что способствовало образованию жизни.
5. Она имеет самый большой, по сравнению со своими размерами, спутник, который стабилизирует ее наклон относительно Солнца и влияет на природные процессы.

Планета Марс

Это одна из самых маленьких планет нашей Галактики. Если рассматривать планеты Солнечной системы по порядку, то Марс - четвертая от Солнца. Атмосфера у нее сильно разреженная, а давление на поверхности почти в 200 раз меньше, чем на Земле. По этой же причине наблюдаются очень сильные перепады температур. Планета Марс мало изучена, хотя издавна привлекала внимание людей. По мнению ученых, это единственное небесное тело, на котором могла бы существовать жизнь. Ведь в прошлом на поверхности планеты была вода. Такой вывод можно сделать на основании того, что на полюсах существуют большие ледяные шапки, а поверхность покрыта множеством борозд, которые могли быть высохшими руслами рек. Кроме того, на Марсе существуют некоторые минералы, образование которых возможно только в присутствии воды. Еще одной особенностью четвертой планеты является наличие двух спутников. Необычность их в том, что Фобос постепенно замедляет свое вращение и приближается к планете, а Деймос, наоборот, отдаляется.

Чем знаменит Юпитер

Пятая по счету планета является самой большой. В объем Юпитера поместилось бы 1300 Земель, а масса его в 317 раз больше земной. Как и у всех газовых гигантов, его структура водородно-гелиевая, напоминающая состав звезд. Юпитер - самая интересная планета, которая имеет много характерных особенностей:

• это третье по яркости небесное тело после Луны и Венеры;
• на Юпитере самое сильное магнитное поле среди всех планет;
• полный оборот вокруг оси он совершает всего за 10 земных часов - быстрее, чем другие планеты;
• интересной особенностью Юпитера является большое красное пятно - так виден с Земли атмосферный вихрь, вращающийся против часовой стрелки;
• как и все планеты-гиганты, он имеет кольца, правда, не такие яркие, как у Сатурна;
• эта планета имеет самое большое большое количество спутников. Их у него 63. Самые известные - это Европа, на которой нашли воду, Ганимед - самый большой спутник планеты Юпитер, а также Ио и Калисто;
• еще одна особенность планеты - это то, что в тени температура поверхности выше, чем в местах, освещенных Солнцем.

Планета Сатурн

Это второй по величине газовый гигант, также названный в честь античного бога. Он состоит из водорода и гелия, но на его поверхности были обнаружены следы метана, аммиака и воды. Ученые выяснили, что Сатурн - это самая разреженная планета. Ее плотность меньше, чем у воды. Вращается этот газовый гигант очень быстро - один оборот совершает за 10 земных часов, в результате чего планета сплющивается с боков. Огромные скорости на Сатурне и у ветра - до 2000 километров в час. Это больше скорости звука. У Сатурна есть еще одна отличительная особенность - он держит в поле своего притяжения 60 спутников. Самый крупный из них - Титан - является вторым по величине во всей Солнечной системе. Уникальность данного объекта заключается в том, что, исследуя его поверхность, ученые впервые обнаружили небесное тело с условиями, схожими с теми, что существовали на Земле около 4 миллиардов лет назад. Но самая главная особенность Сатурна - это наличие ярких колец. Они опоясывают планету вокруг экватора и отражают больше света, чем она сама. Четыре - это самое удивительное явление в Солнечной системе. Необычно то, что внутренние кольца движутся быстрее, чем наружные.

- Уран

Итак, продолжаем рассматривать планеты Солнечной системы по порядку. Седьмая от Солнца планета - Уран. Она самая холодная из всех - температура опускается до -224 °С. Кроме того, ученые не обнаружили в ее составе металлического водорода, а нашли модифицированный лед. Потому Уран относят к отдельной категории ледяных гигантов. Удивительная особенность данного небесного тела в том, что вращается оно, лежа на боку. Необычна также смена времен года на планете: целых 42 земных года там царит зима, и Солнце не показывается совсем, лето также длится 42 года, и Солнце в это время не заходит. Весной же и осенью светило появляется каждые 9 часов. Как и у всех планет-гигантов, у Урана есть кольца и много спутников. Целых 13 колец вращается вокруг него, но они не такие яркие, как у Сатурна, а спутников планета удерживает всего 27. Если сравнивать Уран с Землей, то он в 4 раза больше ее, в 14 раз тяжелее и находится от Солнца на расстоянии, в 19 раз превышающем путь к светилу от нашей планеты.

Нептун: планета-невидимка

После того как Плутон исключили из числа планет, последним от Солнца в системе стал Нептун. Расположен он в 30 раз дальше от светила, чем Земля, и с нашей планеты не виден даже в телескоп. Открыли его ученые, так сказать, случайно: наблюдая за особенностями движения ближайших к нему планет и их спутников, они сделали вывод, что за орбитой Урана должно быть еще одно крупное небесное тело. После обнаружения и исследования выяснились интересные особенности этой планеты:

• из-за наличия в атмосфере большого количества метана цвет планеты из космоса кажется сине-зеленым;
• орбита Нептуна почти идеально круглая;
• вращается планета очень медленно - один круг совершает за 165 лет;
• Нептун в 4 раза больше Земли и в 17 раз тяжелее, но сила притяжения почти такая же, как и на нашей планете;
• самый большой из 13 спутников этого гиганта - Тритон. Он всегда повернут к планете одной стороной и медленно к ней приближается. По этим признакам ученые предположили, что он был захвачен притяжением Нептуна.

Во всей галактике Млечный Путь - около ста миллиардов планет. Пока ученые не могут изучить даже некоторые из них. А вот количество планет Солнечной системы известно почти всем людям на Земле. Правда, в 21 веке интерес к астрономии немного угас, но даже дети знают название планет Солнечной системы.

Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун представляют юпитерову группу планет, или группу планет-гигантов, хотя их большие диаметры не единственная черта, отличающая эти планеты от планет земной группы.

Планеты-гиганты очень быстро вращаются вокруг своих осей; менее 10 ч требуется огромному Юпитеру, чтобы совершить один оборот. Причем экваториальные зоны планет-гигантов вращаются быстрее, чем полярные, т. е. там, где максимальны линейные скорости точек в их движении вокруг оси, максимальны и угловые скорости. Результат быстрого вращения - большое сжатие планет-гигантов (заметное при визуальных наблюдениях). Разность экваториального и полярного радиусов Земли составляет 21 км, а у Юпитера она равна 4400 км.

Планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, и независимо от характера смены времен года на них всегда господствуют низкие температуры. На Юпитере вообще нет смены времен года, поскольку ось этой планеты почти перпендикулярна к плоскости ее орбиты. Своеобразно происходит смена времен года и на планете Уран, так как ось этой планеты наклонена к плоскости орбиты под углом 8°.

Планеты-гиганты отличаются большим числом спутников; у Юпитера к середине 2001 года их обнаружено уже 28, Сатурна - 30, Урана - 21 и только у Нептуна - 8. Замечательная особенность планет-гигантов - кольца, которые открыты не только у Сатурна, но и у Юпитера, Урана и Нептуна.

Важнейшая особенность строения планет-гигантов заключается в том, что эти планеты не имеют твердых поверхностей. Такое представление хорошо согласуется с малыми средними плотностями планет-гигантов, их химическим составом (они состоят в основном из легких элементов - водорода и гелия), быстрым зональным вращением и некоторыми другими данными. Следовательно, все, что удается рассмотреть на Юпитере и Сатурне (на более далеких планетах детали вообще не видны), происходит в протяженных атмосферах этих планет. На Юпитере даже в небольшие телескопы заметны полосы, вытянутые вдоль экватора.

В верхних слоях водородно-гелиевой атмосферы Юпитера в виде примесей встречаются химические соединения (например, метан и аммиак), углеводороды (этан, ацетилен), а также различные соединения (в том числе содержащие фосфор и серу), окрашивающие детали атмосферы в красно-коричневые и желтые цвета. Таким образом, по своему химическому составу планеты-гиганты резко отличаются от планет земной группы. Это отличие связано с процессом образования планетной системы.

В отличие от планет земной группы, обладающих корой, мантией и ядром, на Юпитере газообразный водород, входящий в состав атмосферы, переходит в жидкую, а затем и в твердую (металлическую) фазу. Появление таких необычных агрегатных состояний водорода (в последнем случае он становится проводником электричества), связано с резким увеличением давления по мере погружения в глубину.

Возможно, что с быстрым вращением проводящего ток вещества, находящегося в центральных областях планет-гигантов, связано существование значительных магнитных полей этих планет. Особенно велико магнитное поле Юпитера. Оно во много раз превосходит магнитное поле Земли, причем полярность его обратна земной (у Земли вблизи северного географического полюса расположен южный магнитный).

Магнитное поле планеты улавливает летящие от Солнца заряженные частицы (ионы, протоны, электроны и др.), которые образуют вокруг планеты пояса частиц высоких энергий, называемые радиационными поясами. Такие пояса из всех планет земной группы есть только у нашей планеты. Радиационный пояс Юпитера простирается на расстояние до 2,5 млн. км. Он в десятки тысяч раз интенсивнее земного. Электрически заряженные частицы, движущиеся в радиационном поясе Юпитера, излучают радиоволны в диапазоне дециметровых и декаметровых волн. Как и на Земле, на Юпитере наблюдаются полярные сияния, связанные с прорывом заряженных частиц из радиационных поясов в атмосферу, а также мощные электрические разряды в атмосфере (грозы).

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, 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*10 27 кг, что в 317,8 раз превосходит массу Земли, но при этом средняя плотность равна 1,33 г/см 3 , то есть в 4 раза меньше, чем у Земли. Ускорение свободного падения на экваторе 23,5 м/с 2 .

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

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

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).

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, 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 · 10 26 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/с 2 . 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

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

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 8,7·10 25 кг, состав атмосферы: Н 2 , Не, СН 4 . 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.

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.

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

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, 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/см 3 , 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.

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

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.

ПРЕЗЕНТАЦИЯ НА ТЕМУ: ПЛАНЕТЫ-ГИГАНТЫ составила: Рахманина Т.

Планеты-гиганты очень быстро вращаются вокруг своих осей; менее 10 часов требуется огромному Юпитеру, чтобы совершить один оборот. Причем, как выяснилось в результате наземных оптических наблюдений, экваториальной зоны планет-гигантов вращается быстрее, чем полярные. Результат быстрого вращения – большое сжатие планет-гигантов. Эти планеты находятся далеко от Солнца, и независимо от характера, смены времен года на них всегда господствуют низкие температуры. На Юпитере вообще нет смены времен года, поскольку ось этой планеты почти перпендикулярна к плоскости ее орбиты.

Планеты-гиганты отличаются большим числом спутников; у Питера их обнаружено к настоящему времени 16, Сатурна – 17, Урана – 16 и только у Нептуна – 8. Замечательная особенность планет-гигантов – кольца, которые открыты на всех планетах. Важнейшая особенность строения планет-гигантов заключается в том, что эти планеты не имеют твердых поверхностей. На Юпитере даже в небольшие телескопы заметны полосы, вытянутые вдоль экватора. В верхних слоях водородно-гелиевой атмосферы Юпитера в виде примесей встречаются химические соединения, атмосферы углеводороды, а также различные соединения, окрашивающие детали атмосферы в красно- коричневые и желтые цвета.

Система спутников Юпитера напоминают Солнечную систему в миниатюре. Четыре спутника, открытые Галилеем, называют Галилеевыми спутниками, это ИО, Европа, Ганимед и Каллисто. Самый близкий к Юпитеру спутник Амальтея, а также все далекие спутники, находящиеся за пределами орбит Галилеевых спутников, имеют неправильную форму и этим напоминают малые планеты солнечной системы.

Из спутников Сатурна особый интерес представляет Титан, который обладает атмосферой. Она почти целиком состоит из азота. Замечателен и Тритон – самый большой спутник Нептуна. Диаметр Тритона 2705 км. На Тритоне имеются атмосфера, в основном состоящая из азота. Тритон – селикатно- ледяное небесное тело, на нем обнаружены краторы, полярные шапки и даже газовые гейзеры.

Первыми были открыты кольца Сатурна. Еще в XIX веке английский физик Дж.Максвелл (1831-1879), изучавший устойчивость движения колец Сатурна, а также русский астрофизик А.А.Белопольский (1854-1934) доказали, что кольца Сатурна не могут быть сплошными. С Земли в лучшие телескопы видны несколько колец, разделенных промежутками. Кольца очень широкие: они простираются над облачном слоем планеты на 60 тысяч километров. Каждое состоит из частиц и глыб, движущихся по своим орбитам вокруг Сатурна. Толщина же колец не более 1 км.

Поэтому, когда Земля при своем движении вокруг Солнца оказывается в плоскости колец Сатурна, кольца перестаю быть видимыми: нам кажется, что они исчезают. Не исключено, что вещество, из которого состоят кольца, не вошло в состав планет и их больших спутников во время формирования этих небесных тел. В 1977 году были открыты кольца у Урана, в 1979 году – у Юпитера, в 1989 году – у Нептуна. На возможность существования колец у всех планет- гигантов еще в 1960 году указывал известный астроном С.К.Всехсвятский.

Вопросы и задания: 1. Чем отличается по своим основными физическим характеристикам планеты-гиганты от планет земной группы? 2. Какова особенность вращения планет-гигантов вокруг оси? 3. Какова особенность строения планет-гигантов? 4. Что представляют собой кольца планет? 5. Почему иногда даже в крупные телескопы не видны кольца Сатурна? 6. Что Вы знаете о Юпитере и Сатурне?

Спасибо за внимание!!!