Реферат: Планеты гиганты

Юпитер — пятая от Солнца и самая большая по величине планета Солнечной системы. Юпитер более чем в два раза массивнее, чем все остальные планеты вместе взятые (он в 318 раз массивнее Земли).

Орбита: 778 330 000 км (5,20 АЕ) от Солнца

Диаметр: 142 984 км (экватор)

Масса: 1.900е27 кг

Юпитер (у греков — Зевс) — повелитель богов, правительОлимпа и покровитель Римского государства. Зевс был сыном Кроноса (Сатурна).

Юпитер — четвертый по яркости объект нашего неба(после Солнца, Луны и Венеры, но иногда Марс бывает более ярким). Он былизвестен с доисторических времен. Открытие Галилео в 1610 году четырех большихспутников Юпитера Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто было первым открытием,показавшим, что может существовать иной центр движения, и не все тела движутсявокруг Земли. Это было главным доказательством в пользу гелиоцентрическойтеории Коперника о движении планет. Галилео вынуждали отречься от своихубеждений, и он был заключен в тюрьму до конца его жизни.

Первым кораблем, летавшим к Юпитеру в 1973 году, былPioneer 10, а позже это были Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2 и Ulysses.Космический корабль Galileo в настоящее время находится на постоянной орбитевокруг Юпитера и будет присылать получаемые данные по крайней мере ещеследующие два года.

Газовые планеты, к которым относится Юпитер, не имеюттвердой поверхности, их газообразный материал просто становится более плотным сглубиной (радиусы и диаметры для таких планет определяются по уровням,соответствующим давлению в 1 атмосферу). Так что когда мы смотрим на такуюпланету, мы видим верхние слои облаков.

Юпитер состоит приблизительно на 90% из водорода и на10% из гелия (по числу атомов и в соотношении 75/25 % по массе) со следамиметана, воды, аммиака. Этот состав очень близок к составу исконной СолнечнойТуманности, из которой сформировалась вся Солнечная система. Подобный состав иу Сатурна, а в состав Урана и Нептуна входит намного меньше водорода и гелия.

Наши знания относительно внутреннего строения Юпитера(и других газовых планет) носят косвенный характер и, вероятно, еще долгоостанутся таковыми. Атмосферный зонд Галилео передал данные о составе атмосферывсего на глубине 150 км. ниже верхних слоев облаков.

/>Юпитер, возможно,имеет ядро из твердого материала, масса которого составляет примерно от 10 до15 масс Земли.

Выше ядра находится основной объем планеты в формежидкого металлического водорода. Эта экзотическая форма возможна только придавлениях, превышающих 4 миллиона бар. Жидкий металлический водород состоит изионизированных протонов и электронов (как внутри Солнца, но при более низкойтемпературе). При такой температуре и давлении, как у Юпитера, водород внутринего — жидкость, а не газ. Он является электрическим проводником и источникоммагнитного поля Юпитера. Этот водородный слой, возможно, также содержитнекоторое количество гелия.

Наиболее удаленный от ядра слой состоит прежде всегоиз обычного молекулярного водорода и гелия, которые находятся в жидкомсостоянии внутри и постепенно переходят в газообразное снаружи. Атмосфера,которую мы видим — только самая верхняя часть этого глубокого уровня. Такжеприсутствуют, но в крошечных количествах, вода, двуокись углерода, метан идругие простые молекулы.

/>Как полагают, существует три отчетливо выделяемых слояоблаков: из замороженного аммиака, гидросульфида аммония и смеси льда и воды.

Данные атмосферного зонда Galileo также показываютзначительно меньшее количество воды, чем ожидали.

На Юпитере и других газовых планетах существуютполосы, ограниченные по широте, внутри которых дуют ветры с очень высокимискоростями, причем их направления противоположны в смежных полосах. Небольшойразницы в химическом составе и температуре между этими областями достаточно длятого, чтобы они выглядели как цветные полосы, которые мы видим на изображенияхэтих планет. Светлые полосы называются зонами, темные — поясами. Полосы былиизвестны некоторое время на Юпитере, но вихри на границе между полосами быливпервые замечены благодаря наблюдениям на Voyager. Согласно данным зондаGalileo обнаружено, что скорость ветра оказалась гораздо выше ожидаемой (большечем 400 миль в час), и эти потоки простираются на всю глубину атмосферы, накоторую был способен опуститься зонд; они могут проникать на тысячи километроввнутрь планеты. Оказалось, что атмосфера Юпитера высоко турбулентна.

Яркие цвета, видимые в облаках Юпитера, являютсярезультатом протекания различных химических реакций элементов, присутствующих ватмосфере, возможно, включая серу, наличие которой может давать широкий спектрцветов, но подробности пока не известны.

Цвета соотносятся с высотой облаков: синие — самыенизкие, сопровождаемые коричневым и белыми, самые высокие — красные. Иногда мыможем наблюдать нижние уровни через разрывы в верхних слоях облаков.

Большое Красное Пятно было замечено земныминаблюдателями более чем 300 лет назад (открытие обычно приписывается Кассини,или Роберту Хуку, в 17 столетии). Оно имеет размеры 12 000 на 25 000 км — достаточно для того, чтобы вместить две такие планеты, как Земля. Другиеменьшие подобные пятна наблюдались в течение десятилетий. Инфракрасныенаблюдения и направление его вращения указывают, что это пятно — областьвысокого давления, над которой верхние слои облаков располагаются значительновыше и они более холодные, чем над окружающими областями. Подобные структуры былизамечены на Сатурне и Нептуне. Не известно, как такие структуры могут сохранятьсятак долго.

Юпитер излучает в космос большее количество энергии,чем получает от Солнца. Внутри Юпитера — горячее ядро, температура которогосоставляет приблизительно 20 000 K. Теплота генерируется механизмом Кельвина — Гельмгольца, за счет медленного гравитационного сжатия планеты. Юпитер непроизводит энергию ядерным синтезом, как Солнце; он слишком мал, и еговнутренняя температура слишком холодна для того, чтобы запустить ядерныереакции. Эта внутренняя теплота, возможно, вызывает конвекцию глубоко в жидкихслоях Юпитера, вследствии чего мы наблюдаем сложные движения в верхних слояхоблаков. Сатурн и Нептун подобны Юпитеру в этом отношении, но Уран, как нистранно, нет.

Юпитер имеет огромное магнитное поле, намного болеесильное, чем у Земли. Магнитосфера тянется больше чем на 650 миллионов км — заорбиту Сатурна! Обратите внимание, что магнитосфера Юпитера далека отсферической — она тянется на несколько миллионов километров в направлении кСолнцу. Спутники Юпитера, следовательно, находятся в пределах его магнитосферы,что может частично объяснять активность на Ио. К сожалению для будущихкосмических путешественников и проектировщиков космических кораблей Voyager иGalileo, окружающая среда вокруг Юпитера содержит высокие уровни энергетическихчастиц, захваченных магнитным полем Юпитера. Эта радиация подобна найденной впределах Радиационных поясов Ван Аллена Земли, но намного более интенсивна, онагибельна для незащищенного человека.

У Юпитера есть кольца, подобно Сатурну, но намногоболее слабые (слева). В отличие от Сатурна, кольца Юпитера — темные (альбедоприблизительно 0.05). Они состоят из очень мелких частиц горных пород. Также вотличие от колец Сатурна они не содержат льда.

/>В июле 1994 года комета Шумахера-Леви столкнулась сЮпитером (справа). Последствия были ясно видны даже в любительские телескопы.Обломки, оставшиеся от столкновения, можно было наблюдать еще почти целый год.

Юпитер часто является самой яркой «звездой»нашего неба, уступая по яркости только Венере, которая редко видна в темномнебе. Четыре его спутника легко можно увидеть в бинокль; несколько полос и БольшоеКрасное Пятно можно наблюдать с помощью небольшого телескопа.

У Юпитера известно 16 спутников: 4 больших и 12маленьких. Вращение Юпитера постепенно замедляется из-за приливного торможения,производимого на него его большими спутниками. Те же самые приливные силыизменяют орбиты лун, вынуждая их очень медленно отдаляться от Юпитера.

Cатурн — шестая от Солнца и вторая по величине планета Солнечной системы.

Орбита: 1 429 400 000 км (9,54 АЕ) от Солнца

Диаметр: 120 536 км (экватор)

Масса: 5.68е26 кг

В Римской мифологии Сатурн — бог сельского хозяйства.Соответствующий ему Греческий бог, Кронус, был сыном Урана и Геи и отцом Зевса(Юпитера).

Сатурн был известен с доисторических времен. Галилей первым наблюдал его в телескоп в 1610 году. Ранние наблюдения Сатурна были усложнены предположением, согласно которому Земля проходит через плоскость колец Сатурна каждые несколько лет, когда Сатурн пересекает ее орбиту. Только в 1659 году Кристиан Гюйгенс правильно вывел геометрию колец. Кольца Сатурна оставались уникальными для Солнечной системы до 1977 года, когда были обнаружены очень слабые кольца вокруг Урана и вскоре после этого вокруг Юпитера и Нептуна. Первым кораблем, летавшим к Сатурну, был Pioneer 11 в 1979 году, и позднее — Voyager, 1 и Voyager 2. Cassini, который сейчас находится на пути к нему, прибудет туда в 2004 году.

Даже в малый телескоп можно заметить, что Сатурн явносплющен; его экваториальный и полярный диаметры различаются почти на 10 %(120,536 км и 108,728 км). Это — результат быстрого вращения и жидкогосостояния. Другие газовые планеты тоже сплющены, но не так сильно.

Сатурн имеет самую низкую плотность среди всех планет,его удельный вес составляет всего 0.7 — меньше, чем у воды.

Подобно Юпитеру, Сатурн состоит приблизительно на 75 %из водорода и на 25 % из гелия со следами воды, метана, аммиака и камня, чтосоответствует составу исконной Солнечной Туманности, из которой была сформированаСолнечная система.

/>По своему внутреннему строению Сатурн подобен Юпитеруи состоит из скалистого ядра, жидкого металлического водородного слоя имолекулярного водородного слоя. Присутствуют также следы различных льдов.

Внутри Сатурна — горячее ядро с температурой 12000 K,и он излучает в космос большее количество энергии, чем получает от Солнца.Основная часть дополнительной энергии сгенерирована механизмом Келвина — Гельмгольца, как в Юпитере. Но этого недостаточно, чтобы объяснить видимуюяркость Сатурна; должен присутствовать некоторый дополнительный механизм внутриСатурна.

/>Полосы, таквыделяющиеся на Юпитере, на Сатурне намного более слабые. Они намного болеешироки ближе к экватору. У Сатурна также существуют долговечные пятна (красноепятно в центре изображения слева) и другие особенности, общие с Юпитером.

Два основных кольца (А и B) и одно слабое кольцо (C)могут наблюдаться с Земли. Промежуток между кольцами А и B известен как разделCassini. Изображения Voyager показывают четыре дополнительных слабых кольца.Кольца Сатурна, в отличие от колец других планет, являются очень яркими (альбедо0.2 — 0.6).

Хотя с Земли кольца выглядят непрерывными, фактическиони состоят из бесчисленных малых частичек, каждая из которых имеет своюсобственную независимую орбиту. Расстояние между ними колеблется от сантиметрадо нескольких метров.

Кольца Сатурна необычайно тонки: хотя их диаметр — 250,000 км или чуть больше, их толщина составляет 1.5 км. Они состоят восновном из льда и частиц горных пород, покрытых ледяной коркой.

Наиболее удаленное кольцо Сатурна, называемоеF-кольцом, является сложной структурой, составленной из отдельных малых колец,вдоль которых видны «узлы». Эти узлы состоят из скоплений материала,составляющего кольца (слева).

Происхождение колец Сатурна и других планетнеизвестно, возможно, они возникли путем разрушения больших спутников.Кольцевые системы не устойчивы, они должны восстанавливаться постоянно продолжающимисяпроцессами.

Как и другие планеты группы Юпитера, Сатурн имеетзначительное магнитное поле.

Сатурн легко увидеть в ночном небе невооруженным глазом.Хотя он не такой яркий, как Юпитер, его просто идентифицировать как планету,так как он не «мерцает», как звезды. Кольца и большие спутники можнонаблюдать в небольшой телескоп.

У Сатурна 18 спутников, имеющих свои наименования. Изтех спутников, скорости вращения которых известны, все, кроме Фебы и Гиперона,вращаются синхронно. Три пары спутников — Мимас — Тезис, Енцелад — Диона иТитан — Гиперон — взаимодействуют гравитационно таким образом, чтобы поддержатьустойчивые связи между их орбитами. В дополнение к этим 18 спутникам по крайнеймере еще дюжине были присвоены временные обозначения, но теперь считается, чтовряд ли все они реальны и являются спутниками Сатурна.

Уран — седьмая от Солнца и третья по величине диаметра планета Солнечной системы. Диаметр Урана больше, чем диаметр Нептуна, но масса меньше, чем у Нептуна.

Орбита: 2 870 990 000 км (19,218 АЕ) от Солнца

Диаметр: 51 118 км (экватор)

Масса: 8.683е25 кг

Уран — древнее греческое божество небес, самый раннийвысший бог.

Уран — первая планета, обнаруженная в наше времяУильямом Гершелем во время его систематического обзора неба с телескопом 13марта 1781 года. Эта планета фактически была замечена много раз и прежде, но еесчитали просто звездой (самая ранняя запись о ней относится к 1690 году, когдаДжон Фламстид каталогизировал ее как 34 Tauri). Гершель назвал ее«Georgium Sidus » (Планета Джорджа) в честь его патрона, короляАнглии Джорджа III; другие назвали ее «Гершель». Название«Уран» предложил Боде в соответствии с наименованиями других планетименами из классической мифологии, но оно стало широко использоваться только в1850 году.

К Урану подлетал только один космический корабль — Вояджер 2 — 24 января 1986 г. Ось вращения большинства планет почти перпендикулярна плоскости эклиптики, а ось Урана почти параллельна эклиптике. Во время полета к Урану Вояджера 2 южный полюс Урана почти точно указывал на Солнце. Поэтому полярные области Урана получают большее количество энергии от Солнца, чем экваториальные области. Однако Уран более горячий в районе экватора, чем на полюсах. Механизм, лежащий в основе этого, неизвестен.

Уран состоит прежде всего из горной породы и различныхльдов, количество водорода составляет только приблизительно 15 % и естьнебольшое количество гелия (в отличие от Юпитера и Сатурна, основным составляющимкоторых является водород). По-видимому, Уран не имеет каменного ядра подобноЮпитеру и Сатурну. Атмосфера Урана состоит на 83% из водорода, на 15% из гелияи на 2% из метана.

Как и другие газовые планеты, у Урана есть полосыоблаков, которые быстро перемещаются вокруг него. Но они чрезвычайно слабы ивидимы только при очень высоком качестве изображения. Недавние наблюденияпоказывают большие и более явные полосы.

Синий цвет Урана — результат поглощения красного светаметаном в верхних слоях атмосферы. />Подобно другим газовым планетам,Уран имеет кольца. Как и у Юпитера, они очень темные и, как у Сатурна, кромемелкой пыли включают довольно большие частицы размером до 10 метров в диаметре.Известно 11 колец, все очень слабые; самое яркое называется Эпсилон.

Вояджер 2 обнаружил 10 малых лун в дополнение к 5большим, уже известным. Вероятно, что имеются более мелкие спутники в пределахколец. Магнитное поле Урана наклонено почти на 60 градусов относительно осивращения.

Уран иногда видим невооруженным глазом в очень яснуюночь; довольно просто найти его с биноклем (если вы точно знаете, кудасмотреть). В малый телескоп виден диск. У Урана 15 известных и имеющих названиялун и 5 недавно обнаруженных, еще не получивших наименования; таким образом, уУрана самое большое количество спутников из всех планет Солнечной системы.

Нептун — восьмая от Солнца и четвертая по величинедиаметра планета Солнечной системы. Нептун меньше в диаметре, но больше помассе, чем Уран.

Орбита: 4 504 000 000 км (30,06 АЕ) от Солнца

Диаметр: 49 532 км (экватор)

Масса: 1.0247е26 кг

В римской мифологии Нептун (у греков — Посейдон) былморским богом.

После того как открыли Уран, былоотмечено, что его орбита не согласуется с законами Ньютона. Таким образом былопредсказано существование другой более отдаленной планеты, которая должна былавоздействовать на орбиту Урана. Нептун первыми наблюдали Galle и d'Arrest 23сентября 1846 года очень близко к местонахождению, независимо предсказанномуAdams и Verrier из вычислений, основанных на наблюемых положениях Юпитера,Сатурна и Урана.

Нептун был посещен только одним космическим кораблем,Вояджером 2, 25 августа 1989 года. Почти все, что мы знаем об этой планете, мызнаем благодаря этой экспедиции.

То, что орбита Плутона настолько эксцентрическая, чтоиногда пересекает орбиту Нептуна, делает Нептун наиболее отдаленной от Солнцапланетой в течение нескольких лет.

По своему составу Нептун подобен Урану: различные«льды» и горная порода с небольшим количеством гелия и приблизительно15% водорода. Как и Уран, Нептун не имеет отчетливого внутреннего иерархическогостроения, а скорее более или менее однороден по составу. Но, вероятно, внутринего находится малое ядро из скалистого материала. Его атмосфера по большейчасти состоит из водорода и гелия с небольшим количеством метана.

Синий цвет Нептуна — результат поглощения красного светаметаном в верхних слоях атмосферы.

Как на любой газовой планете, на Нептуне дуют ветры сочень высокими скоростями. Ветры Нептуна самые быстрые в солнечной системе, ихскорость достигает 2000 км/час.

Подобно Юпитеру и Сатурну, Нептун имеет внутренний источниктеплоты — он излучает вдвое больше энергии, чем получает от Солнца./>Во время полета Вояджера наиболее выдающейсяособенностью Нептуна было Большое Темное Пятно(слева) в южном полушарии. Егоразмер составлял приблизительно половину размера Большого Красного ПятнаЮпитера (размер диаметра Земли). Ветер, дующий на поверхности Нептуна,перемещал Большое Темное Пятно в западном направлении со скоростью 300 метров всекунду (700 миль в час). Вояджер 2 также обнаружил меньшее темное пятно вюжном полушарии и малое неправильное белое облако, которое проносилось вокругНептуна каждые 16 часов, известное сейчас под названием «Скутер»(справа). Природа его остается загадкой.

Однако наблюдения Нептуна 1994 года (слева)показывают, что Большое Темное Пятно исчезло! Оно или просто рассеилось, илипостоянно скрыто под атмосферой. Несколькими месяцами позже было обнаруженоновое темное пятно в северном полушарии Нептуна. Это указывает на то, чтоатмосфера Нептуна изменяется быстро, возможно, из-за небольших изменений вразностях температур между верхними и нижними слоями облаков.

М и н и с т е р с т в о о б р а з о в а н и я Р Ф

Г и м н а з и я № 3 8

Р е ф е р а т н а т е м у:

“П л а н е т ы г и г а н т ы”.

Выполнил ученик

11 “Б” класса

Погорелов А.

Белгород 2002С О Д Е Р Ж А Н И Е

1. Ю п и т е р

2. С а т у р н

3. У р а н

4. Н е п т у н