Реферат: Планеты-гиганты

РЕФЕРАТ

 

ПО АСТРОНОМИИ

 

НА ТЕМУ:


«Планеты-гиганты»

Работу выполнил ученик 11 «Б» класса

средней школы № 4

Фомин Максим

 

Проверила Типтярева В. В.


Мытищи, 2001 год.

План

1.   Планеты-гиганты

2.   Отличие планет-гигантов от планетземной группы

3.   Юпитер

·    Общая характеристика

·    Атмосфера

·    Кольцо Юпитера

·    Внутренние и внешние спутники Юпитера

4.    Сатурн

·    Атмосфера и облачный слой

·    Магнитные свойства Сатурна

·    Кольца         

·    Спутники Сатурна

5.   Уран

·    Общие сведения

·    История открытия

·    Особенности вращения Урана

·    Химический состав, физические условия и строение Урана

·    Кольца Урана

·   .Магнитосфера

·    Спутники Урана

6.   Нептун

·    Общие сведения

·    История открытия   

·    Химический состав, физические условия и внутреннее строение

·    Спутники Нептуна

·    Кольца Нептуна

·    Магнитосфера

7.   Список использованной литературы

   


ПЛАНЕТЫ-ГИГАНТЫ

 

Юпитер,Сатурн, Уран и Нептун представляют юпитерову группу планет, или группупланет-гигантов, хотя их большие диаметры не единственная черта, отличающая этипланеты от планет земной группы. Планеты-гиганты имеют небольшую плотность,краткий период су­точного вращения и, следовательно, значительное сжа­тие уполюсов; их видимые поверхности хорошо отража­ют, или, иначе говоря, рассеиваютсолнечные лучи.

Ужедовольно давно установили, что атмосферы планет-гигантов состоят из метана,аммиака, водорода, гелия. Полосы поглощения метана и аммиака в спектрах большихпланет видны в огромном количестве. Причем с переходом от Юпитера к Нептунуметановые полосы постепенно усиливаются, а полосы аммиака слабеют. Основная частьатмосфер планет-гигантов заполнена густыми облаками, над которыми простираетсядоволь­но прозрачный газовый слой, где «плавают» мелкие частицы, вероятно,кристаллики замерзших аммиака и метана.

Вполнеестественно, что среди планет-гигантов луч­ше всего изучены две ближайшие к нам– Юпитер и Сатурн.

ПосколькуУран и Нептун сейчас не привлекают к себе особенного внимания ученых,остановимся более подробно на Юпитере и Сатурне. К тому же значитель­ная частьвопросов, которые можно решить в связи с описанием Юпитера и Сатурна, относитсятакже и к Нептуну.

Юпитерявляется одной из наиболее удивительных планет Солнечной системы, и мы уделяемему значитель­но больше внимания, чем Сатурну. Необычайным в этой планетеявляется не ее полосатое тело с довольно быстрым перемещением темных полос иизменением их ширины и не огромное красное пятно, диаметр которого около 60тыс. км., изменяющее время от времени свой цвет и яркость, и, наконец,не его «господствующее» по размеру и массе положение в планетной семье. Необычайноеза­ключается в том, что Юпитер, как показали радио­астрономические наблюдения,является источником не только теплового, а и так называемого нетеплового ра­диоизлучения.Вообще для планет, которым присущи спокойные процессы, нетепловоерадиоизлучение явля­ется совсем неожиданным.

То,что Венера, Марс, Юпитер и Сатурн являются источниками тепловогорадиоизлучения, теперь твер­до установлено и не вызывает у ученых никакогосомнения. Это радиоизлучение целиком совпадает с тепловым излучением планет иявляется «остатком», а точнее–низкочастотным «хвостом» теплового спектранагретого тела. Поскольку механизм теплового радио­излучения хорошо известен,такие наблюдения позво­ляют измерять температуру планет. Тепловое радиоиз­лучениерегистрируется с помощью радиотелескопов сантиметрового диапазона. Уже первыенаблюдения Юпитера на волне 3 см дали температуру радиоизлучения такуюже, как и радиометрические наблюдения в ин­фракрасных лучах. В среднем этатемпература составля­ет около– 150°С. Но случается, что отклонения от этойсредней температуры достигают 50–70, а иногда 140°С, как, например, в апреле –мае 1958 г. К сожалению, пока не удалось выяснить, связаны ли эти отклонениярадио­излучения, наблюдаемые на одной и той же волне, с вращением планеты. Идело тут, очевидно, не в том, что угловой диаметр Юпитера в два раза меньше наи­лучшейразрешающей способности крупнейших радиоте­лескопов и что, следовательно,невозможно наблюдать отдельные части поверхности. Существующие наблюде­ния ещеочень немногочисленны для того, чтобы отве­тить на эти вопросы.

Чтокасается затруднений, связанных с низкой раз­решающей способностьюрадиотелескопов, то в отноше­нии Юпитера можно попробовать их обойти. Нужнотолько надежно установить на основании наблюдений период аномальногорадиоизлучения, а потом сравнить его с периодом вращения отдельных зон Юпитера.Вспомним, что период 9 час. 50 мин.,   – это период вращения его эквато­риальнойзоны. Период для зон умеренных широт на 5 – 6 мин. больший (вообще наповерхности Юпитера на­считывается до 11 течений с разными периодами).

Такимобразом, дальнейшие наблюдения могут привести нас к окончательному результату.Вопрос о связи аномального радиоизлучения Юпитера с периодом его вращения имеетнемаловажное значение. Если, напри­мер, выяснится, что источник этого излученияне связан с поверхностью Юпитера, то возникнет необходимость в болеестарательных поисках его связи с солнечной ак­тивностью.

Нетак давно сотрудники Калифорнийского техноло­гического института Ракхакришнан иРобертс наблюда­ли радиоизлучения Юпитера на дециметровых волнах (31 см).Они использовали интерферометр с двумя пара­болическими зеркалами. Этопозволило им разделить угловые размеры источника, который представляет со­бойкольцо в плоскости экватора Юпитера, диаметром около трех диаметров планеты.Температура Юпитера, которую определили на дециметровых волнах, оказаласьслишком высокой для того, чтобы можно было считать природу источника этогорадиоизлучения тепловой. Оче­видно, тут мы имеем дело с излучением, происходящимот заряженных частиц, захваченных магнитным полем Юпитера, а такжесконцентрированных вблизи планеты благодаря значительному гравитационному полю.

Итак,радиоастрономические наблюдения стали мощ­ным способом исследования физическихусловий в атмо­сфере Юпитера.

Мыкратко рассказали о двух видах радиоизлучения Юпитера. Это, во-первых, главнымобразом тепловое ра­диоизлучение атмосферы, которое наблюдается на санти­метровыхволнах. Во-вторых, радиоизлучение на деци­метровых волнах, имеющее, по всей вероятности,нетеп­ловую природу.

Остановимсякратко на третьем виде радиоизлучения Юпитера, которое, как упоминалось выше,является не­обычным для планет. Этот вид радиоизлучения имеет также нетепловуюприроду и регистрируется на радио­волнах длиной в несколько десятков метров.

Ученымизвестны интенсивные шумовые бури и всплески «возмущенного» Солнца. Другойхорошо из­вестный источник такого радиоизлучения – это так называемаяКрабовидная туманность. Согласно пред­ставлению о физических условиях ватмосферах и на поверхностях планет, которое существовало до 1955 г., никто ненадеялся, что хотя бы одна из планет в состоя­нии «дышать» по образцу разных поприроде объектов – Солнца или Крабовидной туманности. Поэтому не удиви­тельно,что когда в 1955 г. наблюдатели за Крабовидной туманностью зарегистрировалидискретный источник радиоизлучения переменной интенсивности, они не сразурешились отнести его на счет Юпитера. Но никакого дру­гого объекта в этомнаправлении не было обнаружено, поэтому всю «вину» за возникновение довольнозначи­тельного радиоизлучения в конце концов возложили на Юпитер.

Характернойособенностью излучения Юпитера яв­ляется то, что радиовсплески длятся недолго(0,5 – 1,5 сек.). Поэтому в поисках механизма радиоволн в этом случаеприходится исходить из предположения либо о дис­кретном характере источника(подобного разрядам), либо о довольно узкой направленности излучения, еслиисточник действует непрерывно. Одну из возможных причин происхождениярадиовсплесков Юпитера объяс­няла гипотеза, согласно которой в атмосфере плане­тывозникают электрические разряды, напоминающие молнию. Но позднее выяснилось,что для образования столь интенсивных радиовсплесков Юпитера мощность разрядовдолжна быть почти в миллиард раз большей, чем на Земле. Это значит, что, еслирадиоизлучение Юпи­тера возникает благодаря электрическим разрядам, топоследние должны носить совершенно иной характер, чем возникающие во времягрозы на Земле. Из других гипо­тез заслуживает внимания предположение, чтоЮпитер окружен ионосферой. В этом случае источником возбуж­дения ионизованногогаза с частотами 1 – 25 мгц могут быть ударные волны. Для того чтобы такаямодель согла­совалась с периодическими кратковременными радио­всплесками,следует сделать предположение о том, что ра­диоизлучение выходит в мировоепространство в грани­цах конуса, вершина которого совпадает с положениемисточника, а угол у вершины составляет около 40°. Не исключено также, чтоударные волны вызываются про­цессами, происходящими на поверхности планеты, иликонкретнее, что тут мы имеем дело с проявлением вулка­нической деятельности. Всвязи с этим необходимо пере­смотреть модель внутреннего строенияпланет-гигантов. Что же касается окончательного выяснения механизмапроисхождения низкочастотного радиоизлучения Юпи­тера, то ответ на этот вопросследует отнести к будуще­му. Теперь же можно сказать лишь то, что источникиэтого излучения на основании наблюдений в течение восьми лет не изменили своегоположения на Юпитере. Следовательно, можно думать, что они связаны с по­верхностьюпланеты.

Такимобразом, радионаблюдения Юпитера за по­следнее время стали одним из наиболееэффективных методов изучения этой планеты. И хотя, как это часто случается вначале нового этапа исследований, толко­вание результатов радионаблюденийЮпитера связано с большими трудностями, мнение в целом о нем как о холодной и«спокойной» планете довольно резко изме­нилось.

Наблюденияпоказывают, что на видимой поверх­ности Юпитера есть много пятен, различных поформе, размеру, яркости и даже цвету. Расположение и вид этих пятен изменяютсядовольно быстро, и не только благо­даря быстрому суточному вращению планеты.Можно назвать несколько причин, вызывающих эти изменения. Во-первых, этоинтенсивная атмосферная циркуляция, подобная той, которая происходит ватмосфере Земли благодаря наличию разных линейных скоростей враще­ния отдельныхвоздушных слоев; во-вторых, неодина­ковое нагревание солнечными лучами участковпланеты, расположенных на разных широтах. Большую роль мо­жет играть такжевнутреннее тепло, источником которо­го является радиоактивный распад элементов.

Еслифотографировать Юпитер на протяжении дли­тельного времени (скажем, в течениенескольких лет) в моменты наиболее благоприятных атмосферных условий, то можнозаметить изменения, происходящие на Юпи­тере, а точнее – в его атмосфере.Наблюдениям над этими изменениями (с целью их объяснения) сейчас уделяютбольшое внимание астрономы разных стран. Греческий астроном Фокас, сравниваякарты Юпитера, созданные в разные периоды (иногда с интервалом в десятки лет),пришел к заключению: изменения в атмо­сфере Юпитера связаны с процессами,происходящими на Солнце.

Нет сомнений, что темные пятна Юпитера принадле­жатплотному слою сплошных облаков, окружающих планету. Над этим слоем находитсядовольно разрежен­ная газовая оболочка.

Атмосферноедавление, создаваемое газовой частью атмосферы Юпитера на уровне облаков,вероятно, не превышает 20 – 30 мм. ртутного столба. По крайней мере,газовая оболочка во время наблюдения Юпитера через синий светофильтр едвазаметно уменьшает контрасты между темными пятнами и яркой окрестностью.Следовательно, в целом газовый слой атмосферы Юпитера довольно прозрачный. Обэтом свидетельствуют также фотомет­рические измерения распределения яркостивдоль диа­метра Юпитера. Выяснилось, что уменьшение яркости к краю изображенияпланеты почти одинаковое как в синих, так и в красных лучах. Следует заметить,что между слоями облаков и газа на Юпитере резкой гра­ницы, безусловно, нет, апоэтому приведенное выше зна­чение давления на уровне облаков надо считать при­ближенным.

Химическийсостав атмосферы Юпитера, как и дру­гих планет, начали изучать еще в начале XXст. Спектр Юпитера имеет большое количество интенсивных полос, расположенныхкак в видимом, так и в инфракрасном участке. В 1932 г. почти каждая из этихполос была отождествлена с метаном или аммиаком.

Американскиеастрономы Данхем, Адель и Слайфер провели специальные лабораторные исследованияи ус­тановили, что количество аммиака в атмосфере Юпитера эквивалентно слоютолщиной 8 м при давлении 1 атм., в то время как количествометана – 45 м при давлении 45 атм.

Основнойсоставной частью атмосферы Юпитера яв­ляется, вероятно, водород. За последнеевремя это пред­положение подтверждено наблюдениями.

Сатурн,бесспорно, – самая красивая планета Сол­нечной системы. Почти всегда в полезрения телескопа наблюдатель видит эту планету, окруженную кольцом, которое приболее внимательном наблюдении представ­ляет собой систему трех колец. Правда,эти кольца отде­лены друг от друга, слабоконтрастными промежутками, поэтому невсегда все три кольца удается рассмот­реть. Если наблюдать Сатурн при наилучшихатмосфер­ных условиях (при незначительном турбулентном дро­жании изображения ит.п.) и с увеличением в 700–800 раз, то даже на каждом из трех колец едвазаметны тон­кие концентрические полосы, напоминающие промежут­ки междукольцами. Самое светлое и самое широкое – среднее кольцо, а самое слабое пояркости – внутрен­нее. Внешний диаметр системы колец почти в 2,4, а внутреннийв 1,7 раза больше диаметра планеты.

Запоследнее время наиболее серьезным исследова­нием колец Сатурна в нашей странезанимается мос­ковский астроном М. С. Бобров. Используя данные на­блюденийизменения яркости колец в зависимости от их размещения по отношению к Земле иСолнцу или от так называемого угла фазы, он определил размеры частиц, изкоторых состоят кольца.

Оказалось,что частицы, входящие в состав колец, в поперечнике достигают несколькихсантиметров и да­же метров. По расчетам М. С. Боброва, толщина колец Сатурна непревышает 10–20 км.

Каки на Юпитере, на Сатурне видны темные полосы, расположенные параллельноэкватору. Так же как и для Юпитера, для Сатурна характерна разная скоростьвращения для зон с различными широтами. Правда, полосы на диске Сатурна болеестойкие и количество деталей меньше, чем у Юпитера.

ОТЛИЧИЕ ПЛАНЕТ-ГИГАНТОВ ОТ ПЛАНЕТ ЗЕМНОЙ ГРУППЫ

 

Меркурий, Венера, Земля и Марс отличаются отпланет-гигантов меньшими размерами, меньшей массой, большей плотностью, болеемедленным вращением, гораздо более разрежёнными атмосферами (на Меркурииатмосфера практически отсутствует, поэтому его дневное полушарие сильнонакаляется; все планеты-гиганты окружены мощными протяжёнными атмосферами),малым числом спутников или отсутствием их.

 Поскольку планеты-гиганты находятся далеко от Солнца,их температура (по крайней мере, над их облаками) очень низка: на Юпитере – 145С, на Сатурне – 180 С, на Уране и Нептуне ещё ниже. А температура у планетземной группы значительно выше (на Венере до плюс 500 С). Малая средняя плотностьпланет-гигантов может объяснятся тем, что она получается делением массы навидимый объём, а объём мы оцениваем по непрозрачному слою обширной атмосферы.Малая плотность и обилие водорода отличают планеты-гиганты от остальных планет.

Ю П И Т Е Р

 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

 

Юпитер – вторая по яркости после Венеры планетаСолнечной 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 верховногобога Зевса; в римском пантеоне ему соответствовал Юпитер.

ДваждыЮпитер сыграл важную роль в истории астрономии. Он стал первой планетой, укоторой были открыты спутники. В 1610 г. Галилей, направив телескоп на Юпитер,заметил рядом с планетой четыре звёздочки, не видимые простым глазом. На следующийдень они изменили своё положение и относительно Юпитера, и относительно другдруга. Наблюдая за этими звёздами  Галилей заключил, что наблюдает спутникиЮпитера, образовавшиеся вокруг него как центрального светила.Это былауменьшенная модель Солнечной системы. Быстрое и хорошо заметное перемещениегалилеевых спутников Юпитера – Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто – делает ихудобными «небесными часами», и моряки долгое время пользовались ими,чтобы определять положение корабля в открытом море .

Вдругой раз Юпитер и его спутники помогли решить одну из древнейших загадок:распространяется ли свет мгновенно или скорость его конечна? Регулярно наблюдаязатмения спутников Юпитера и сравнивая эти данные с результатамипредварительных расчетов, датский астроном Оле Рёмер в 1675 г. обнаружил, чтонаблюдения и вычисления расходятся, если Юпитер и Земля находятся по разныестороны Солнца. В этом случае затмения спутников запаздывают примерно на 1000с. Рёмер пришёл к правильному выводу, что 1000 с. – это как раз, которое нужносвету, чтобы пересечь орбиту Земли по диаметру. Поскольку диаметр земной орбитысоставляет 300 млн. километров, скорость света оказывается близкой к 300000км./с.

Юпитер– это планета-гигант, которая содержит в себе более 2/3 всей нашей планетнойсистемы. Масса Юпитера равна 318 земным. Его объем в 1300 раз больше, чем уЗемли. Средняя плотность Юпитера 1330 кг/м^3, что сравнимо с плотностью воды ив четыре раза меньше, чем плотность Земли. Видимая поверхность планеты в 120раз превосходит площадь Земли. Юпитер представляет собой гигантский шар изводорода, практически его химический состав совпадает с солнечным. А воттемпература на Юпитере ужасающе низкая: -140°С.

Юпитербыстро вращается (период вращения 9 ч. 55 мин. 29 с.). Из-за действияцентробежных сил планета заметно расплющилась, и её полярный радиус стал на4400 км меньше экваториального, равного 71400 км. Магнитное поле Юпитера в 12раз сильнее земного .

ВозлеЮпитера побывало пять американских космических аппаратов: в 1973 г. –«Пионер-10», в 1974 – «Пионер-11». В марте и в июле1979 г. его посетили болеекрупные и «умные» аппараты – «Вояджер-1 и –2».В декабре 1995 до него долетеламежпланетная станция «Галилео», которая стала первым искусственным спутникомЮпитера и сбросила в его атмосферу зонд.

Совершими мы небольшое мысленное путешествие вглубь Юпитера.

АТМОСФЕРА

АтмосфераЮпитера представляет собой огромную бушующую часть планеты, состоящую из водородаи гелия. Механизм, приводящий в действие общую циркуляцию на Юпитере, такой же,как и на Земле: разность в количестве тепла, получаемого от Солнца на полюсах иэкваторе, вызывает возникновение гидродинамических потоков, которые отклоняютсяв зональном направлении кориолисовой силой. При таком быстром вращении, как уЮпитера, линии тока практически параллельны экватору. Картина усложняется конвективнымидвижениями, которые более интенсивны на границах между гидродинамическими потоками, имеющими разную скорость. Конвективные движения выносят вверхокрашивающее вещество, присутствием которого объясняется слегка красноватыйцвет Юпитера. В области темных полос конвективные движения наиболее сильны, иэто объясняет их более интенсивную окраску.

Также как и в земной атмосфере, на Юпитере могут формироваться циклоны. Оценкипоказывают, что крупные циклоны, если они образуются в атмосфере Юпитера, могутбыть очень устойчивы (время жизни до 100 тысяч лет). Вероятно, Большое Красноепятно является примером такого циклона. Изображения Юпитера, полученные припомощи аппаратуры, установленной на американских аппаратах «Пионер-10» и«Пионер-11», показали, что Красное пятно не является единственным образованиемподобного типа: имеется несколько устойчивых красных пятен меньшего размера.

Спектроскопическиминаблюдениями было установлено присутствие в атмосфере Юпитера молекулярноговодорода, гелия, метана, аммиака, этана, ацетилена и водяного пара.По-видимому, элементный состав атмосферы (и всей планеты в целом) не отличаетсяот солнечного (90% водорода, 9% гелия, 1% более тяжелых элементов).

Полноедавление у верхней границы облачного слоя составляет около 1 атм. Облачный слойимеет сложную структуру. Верхний ярус состоит из кристаллов аммиака ниже,должны быть расположен облака из кристаллов льда и капелек воды.

Инфракраснаяяркостная температура Юпитера, измеренная в интервале 8 – 14 мк, равна в центредиска 128 – 130К. Если  рассмотреть температурные разрезы по центральномумеридиану и экватору, можно увидеть, что температура, измеренная на краю диска,ниже, чем в центре. Это можно объяснить следующим образом. На краю диска лучзрения идет наклонно, и эффективный излучающий уровень (то есть уровень, накотором достигается оптическая толщина  =1) расположен в атмосфере набольшей высоте, чем в центре диска. Если температура в атмосфере падает сувеличением высоты, то яркость и температура на краю будут несколько меньше.Слой аммиака толщиной в несколько сантиметров (при нормальном давлении) ужепрактически непрозрачен для инфракрасного излучения в интервале 8 – 14 мк.Отсюда следует, что инфракрасная яркостная температура Юпитера относится кдовольно высоким слоям его атмосферы. Распределение интенсивности в полосах СНпоказывает, что температура облаков значительно больше (160 – 170К) Притемпературе ниже 170К аммиак (если его количество соответствуетспектроскопическим наблюдениям) должен конденсироваться; поэтомупредполагается, что облачный покров Юпитера, по крайней мере частично, состоитиз аммиака. Метан конденсируется при более низких температурах и в образованииоблаков на Юпитере принимать участие не может.

Яркостнаятемпература 130К заметно выше, чем равновесная, то есть такая, которую должноиметь тело, светящееся только за счет переизлучения солнечной радиации.Расчеты, учитывающие измерение отражательной способности планеты приводят кравновесной температуре около 100К. Существенно, что величина яркостнойтемпературы около 130К была получена не только в узком диапазоне 8-14мк, но идалеко за его пределами. Таким образом, полное излучение Юпитера 2,9 разпревосходит энергию, получаемую от Солнца, и большая часть излучаемой имэнергии обусловлена внутренним источником тепла. В этом смысле Юпитер ближе кзвездам, чем к планетам земного типа. Однако источником внутренней энергииЮпитера не являются, конечно, ядерные реакции. По-видимому, излучается запасэнергии, накопленный при гравитационном сжатии планеты (в процессе формированияпланеты из протопланетной туманности гравитационная, когда гравитационная энергияпыли и газа, образующих планету, должна переходить в кинетическую и затем втепловую).

Наличиебольшого потока внутреннего тепла означает, что температура довольно быстрорастет с глубиной. Согласно наиболее вероятным теоретическим моделям онадостигает 400К на глубине 100 км ниже уровня верхней границы облаков, а наглубине 500 км – около 1200К. А расчеты внутреннего строения показывают, что атмосфераЮпитера очень глубокая – 10000 км, но надо отметить, что основная масса планеты(ниже этой границы) находится в жидком состоянии. Водород при этом находится ввырожденном, что то же самое, в металлическом состоянии (электроны оторваны отпротонов). При этом в самой атмосфере водород и гелий, строго говоря, находятсяв сверхкритическом состоянии: плотность в нижних слоях достигает 0,6-0,7г/см³, и свойства скорее напоминают жидкость, чем газ. В самом центре планеты(по расчетам на глубине 30000 км), возможно, находится твердое ядро из тяжелыхэлементов, образовавшееся в результате слипания частиц металлов и каменных образований.

КОЛЬЦО ЮПИТЕРА.

Юпитерпреподносит много сюрпризов: он генерирует мощные полярные сияния, сильныерадиошумы, возле него межпланетные аппараты наблюдают пылевые бури – потокимелких твердых частиц, выброшенных в  результате электромагнитных процессов вмагнитосфере Юпитера. Мелкие частицы, которые получают электрический заряд  приоблучении солнечным ветром, обладают очень интересной динамикой: являясьпромежуточным случаем между макро и микротелами, они примерно одинаковореагируют  и на гравитационные и на электромагнитные  поля.

Именноиз таких мелких каменных частиц, в основном состоит кольцо Юпитера, открытое вмарте 1979 года (косвенное обнаружение  кольца  в 1974 г. по данным «Пионера»осталось непризнанным). Его главная часть имеет радиус 123-129 тыс. км. Этоплоское кольцо около 30км толщиной и очень разреженное – оно отражает лишьнесколько тысячных долей процента падающего света. Более слабые пылевыеструктуры тянутся от главного кольца к поверхности Юпитера и образуют над кольцомтолстое гало, простирающееся до ближайших спутников. Увидеть кольцо Юпитера сЗемли практически невозможно: оно очень тонкое и постоянно повернуто кнаблюдателю ребром из-за малого  наклона оси вращения Юпитера к плоскости егоорбиты.

 

ВНУТРЕННИЕ И ВНЕШНИЕ СПУТНИКИ ЮПИТЕРА.

УЮпитера обнаружено 16 лун. Две из них – Ио и Европа – размером с нашу Луну, адругие  две – Ганимед и Каллисто – превзошли ее по  диаметру  примерно вполтора раза. Каллисто равна по размерам Меркурию, а Ганимед его обогнал. Правда,они находятся дальше от своей планеты, чем Луна от Земли. Только Ио видна в небеЮпитера как яркий красноватый диск (или полумесяц) лунных размеров, Европа,Ганимед и Каллисто выглядят в несколько раз меньше Луны.

ВладенияЮпитера довольно обширны: восемь внешних спутников настолько удалены от него,что их нельзя было бы наблюдать с самой планеты невооруженным  глазом.Происхождение  спутников загадочно: половина из них движется вокруг Юпитера вобратную сторону  (по сравнению с обращением других 12 спутников и направлениемсуточного вращения самой планеты). Самый внешний спутник Юпитера в 200 раздальше от него, чем самый близкий. Например, если высадиться на один изближайших спутников, то оранжевый диск планеты займет полнеба. А с орбитысамого дальнего спутника диск гиганта Юпитера будет выглядеть почти в два разаменьше лунного.

СпутникиЮпитера – это интереснейшие миры, каждый со своим лицом и историей, которыеоткрывались нам только в космическую эру.

Ио

 Этосамый близкий к Юпитеру галилеев спутник, он удален от центра  планеты на 422тыс. км, т. е. чуть дальше, чем Луна от Земли. Благодаря огромной массе Юпитерапериод обращения Ио гораздо короче лунного месяца и составляет всего 42,5 ч.Для наблюдателя в телескоп это самый непоседливый спутник: практически каждыйдень Ио видна на новом месте, перебегая с одной стороны Юпитера на другую.

Помассе и радиусу (1815км) Ио похожа на Луну. Самая сенсационная особенность Иозаключается в том, что она вулканически активна! На ее желто-оранжевойповерхности «Вояджеры» обнаружили 12 действующих вулканов, извергающих султанывысотой до 300км. Основной выбрасываемый  газ – диоксид серы, замерзающий потомна поверхности в виде твердого белого вещества. Доминирующим оранжевым цветомспутник обязан соединениям серы. Вулканически активные области Ио нагреты до300°С.

Постояннонад планетой поднимается фонтан газа высотой 300 км. Мощный подземный гулсотрясает почву, из жерла вулкана с огромной скоростью ( до 1 км/с)вылетаютвместе с газом камни и после свободного безатмосферного падения с огромнойвысоты врезаются в поверхность во многих сотнях километров от вулкана. Изнекоторых вулканических кальдер (так называются котлообразные впадины,образовавшиеся вследствие провала вершины вулкана ) выплёскивается расплавленнаячерная сера и растекается горячими реками. на фотографиях «Вояджеров» виднычерные озёра и даже целые моря расплавленной серы .

Крупнейшеелавовое море возле вулкана Локи имеет размер 20 км в поперечнике. В центре егорасположен потрескавшийся оранжевый остров из твёрдой серы. Черные моря Иоколышутся в оранжевых берегах, а в небе над ними нависает громада Юпитера… 

Существованиетаких пейзажей вдохновило много художников.

Вулканическаяактивность Ио обусловлена гравитационным влиянием на нее других тел системыЮпитера. Прежде всего, сама гигантская планета своим мощным тяготением создаладва приливных горба на поверхности спутника, которые затормозили вращение Ио,так что она всегда обращена к Юпитеру одной стороной – как Луна к Земле. ОрбитаИо не является точным кругом, горбы слегка перемещаются по её поверхности, чтоприводит к разогреванию внутренних слоев  планеты. В еще большей степени этотэффект вызывается приливными  воздействиями других массивных спутников Юпитера,в первую очередь ближайшей к Ио Европе. Постоянное разогревание недр привело ктому, что Ио является самым вулканически активным телом Солнечной системы.

Вотличие от земных вулканов, у которых мощные извержения эпизодичны, вулканы наИо работают практически не переставая, хотя активность их может меняться.вулканы и гейзеры выбрасывают часть вещества даже в космос. Поэтому вдольорбиты Ио тянется плазменный шлейф из ионизированных атомов кислорода и серы  инейтральных облаков атомарных натрия и калия.

Ударныекратеры на Ио отсутствуют из-за интенсивной вулканической переработкиповерхности. На ней есть каменные массивы высотой до 9 км. Плотность Иодовольно высока – 3000 кг/м^3. Под частично расплавленной оболочкой изсиликатов в центре спутника расположено ядро с большим содержанием железа и егосоединений. 

Европа

Европаимеет радиус чуть  меньше, чем у Ио – 1569км. Из галилеевых спутников у Европысамая светлая поверхность с явными признаками водяного льда. Существуетпредположение о том, что под ледяной коркой существует водный океан, а под нимтвердое силикатное ядро. Плотность Европы очень высока – 3500кг/м3. Этотспутник удален от Юпитера на 671000 км.

 Геологическаяистория Европы не имеет ничего общего с историей соседних спутников. Европаодно из самых гладких тел в солнечной системе: на ней нет возвышенностей болееста метров высотой. Вся ледяная поверхность спутника покрыта сетью полосогромной протяженностью. Темные полосы длиной в тысячи километров – это следыглобальной системы трещин по всей Европе. Существование этих трещин объясняетсятем, что ледяная поверхность достаточно подвижна и неоднократно раскалываласьот внутренних напряжений и крупномасштабных тектонических процессов.

Из-затого, что поверхность молодая ( всего 100млн. лет ), на почти не заметно ударныхметеоритных кратеров, которые в большом количестве возникали 4,5 млрд. летназад. Учёные нашли на Европе только пять кратеров диаметрами 10-30 км.

Ганимед

Ганимедявляется крупнейшим спутником планет в Солнечной системе, его радиус равен 2631 км. Плотность мала, по сравнению с Ио и Европой, всего 1930кг/м3.Удаленность от Юпитера составляет 1,07 млн. км. Всю поверхность Ганимеда можноразделить на две группы: первая, занимающая 60% территории, представляет собойстранные полосы льда, порожденные активными геологическими процессами 3,5 млрд.лет назад; вторая, занимающая остальные 40%, представляет собой древнюю мощнуюледяную кору, покрытую многочисленными метеоритными кратерами, нужно такжеотметить, что эта кора было частична разломлена и обновлена теми же процессами,что и упомянутые выше.

Сточки зрения космического геолога Ганимед- самое привлекательное тело средиспутников Юпитера. Он имеет смешанный силикатно- ледяной состав: мантию изводяного льда и каменное ядро. Его плотность 1930 кг\м^3. В условиях низкихтемператур и высоких внутренних давлений водяной лёд может существовать в несколькихмодификациях с различными типами кристаллической решётки. Богатая геологияГанимеда во многом определяется сложными переходами между этими разновидностямильда. Поверхность спутника припорошена слоем рыхлой каменно-ледяной пыли толщинойот нескольких метров до нескольких десятков метров.

Каллисто

Этовторой по величине спутник в системе Юпитера, его радиус 2400км. Средигалилеевых спутников Каллисто самый дальний: расстояние от Юпитера 1,88 млн.км, период вращения составляет 16,7 суток. Плотность силикатно-ледяной Каллистомала – 1830кг/м3. Поверхность Каллисто до предела насыщена метеоритнымикратерами. Темный цвет Каллисто – результат силикатных и других примесей.Каллисто – самое кратерированное тело Солнечной системы из всех известных.Огромной силы удар метеорита вызвал образование гигантской структуры,окружённой кольцевыми волнами, — Вальхаллы. В центре её находится кратердиаметром 350 км, а в радиусе 2000 км от него концентрическими кругами располагаютсягорные хребты.

УЮпитера внутри орбиты Ио открывается несколько маленьких спутников. Три из них– Метида, Адрастея и Теба- обнаружены с помощью межпланетных станций, и о нихизвестно немного. Метида и Атрастея (их диаметры 40 и 20 км соответственно)движутся по краю главного кольца Юпитера, по одной орбите радиусом 128000км.Эти самые быстрые спутники делают оборот вокруг гиганта Юпитера за 7 ч. соскоростью свыше 100000 км /ч.

Болееудалённый спутник Теба расположен посередине между Ио и Юпитером- на расстоянии222 тыс. км от планеты; его диаметр около 100 км.

Наиболеекрупный внутренний спутник Амальтерея имеет неправильную форму ( размеры270*165*150 км) и покрыт кратерами; он состоит из тугоплавких породтёмно-красного цвета. Амальтелия обнаружена американским астрономом ЭдуардомБернардом в 1892 г. и стала пятым по счету открытым спутником Юпитера.Вращается она по орбите радиусом 181 тыс. км.

Внутренниеспутники Юпитера и его четыре главные луны расположены вблизи плоскостиэкватора планеты на почти круговых орбитах. У орбит этих восьми спутниковэксцентрисеты и наклонения настолько малы, что ни один из них не отклоняетсяот «идеальной» круговой траектории более чем на один градус. Такие спутники называютсярегулярными.

Остальныевосемь спутников Юпитера относятся к нерегулярным и отличаются значительнымиэксцентрисетами и наклонениями орбит. В своём движении они могут они могутменять удаленность от планеты в 1,5-2 раза, отклоняясь при этом от её экваториальнойплоскости на многие миллионы километров. Эти восемь внешних спутников Юпитерасгруппированы в две команды, котрые были названы по наиболее крупным телам:группа Гималии, куда также входят Леда, Лиситея и Элара; и группа Пасифе с Ананке,Карме и Синопе. Эти спутники открывались с помощью наземных телескопов втечение 70 лет( 1904 –1974).Средние радиусы планет группы Гималии соответствуют11,1-11,7 млн км. спутники группы Гималии совершают оборот вокруг Юпитера за240-260 суток, а группы Пасифе -–за 630-760 суток, т.е. более чем за двагода. Собственные радиусы спутников очень малы: в группе Гималии –от 8 км уЛеды до 90 км у Гималии; в группе Пасифе –от 15 до 35 км. они черны и неровны. Внешние спутники, входящие в группу Пасифе, вращаются вокруг Юпитера вобратную сторону.

 Учёные еще не пришли к единому мнению опроисхождении нерегулярных спутников.( Считается, что регулярные внутренниеспутники сформировались из околопланетного газопылевого диска в результатеслипания многих мелких частиц .) Ясно только, что важную роль в формированиивнешних спутников играл захват Юпитером астероидов. Компьютерные расчетыпоказывают, что, возможно, группа Пасифе возникла в результате систематическогозахвата планетой мелких частиц и астероидов на обратные орбиты во внешнейобласти околоюпитерианского диска.

С А Т У Р Н

 

АТМОСФЕРА И ОБЛАЧНЫЙ СЛОЙ.

Всякий, кто наблюдал планеты в телескоп, знает, что на поверхности Сатурна, то есть наверхней границе его облачного покрова, заметно мало деталей и контраст их сокружающим  фоном  невелик.  Этим Сатурн отличается от Юпитера, гдеприсутствует множество контрастных деталей в виде темных и светлых полос, волн,узелков, свидетельствующих о значительной активности его атмосферы.

Возникаетвопрос, действительно ли атмосферная активность Сатурна (например скоростьветра) ниже, чем у Юпитера, или же детали его облачного  покрова просто хужевидны с Земли из-за большего расстояния (около 1,5 млрд. км.) и более скудногоосвещения  Солнцем  (почти  в 3,5 раза слабее освещения Юпитера)?

«Вояджерам» удалось получить снимки облачного покрова Сатурна, на которых отчетливозапечатлена картина атмосферной циркуляции: десятки облачных поясов,простирающихся вдоль параллелей, а также  отдельные вихри. Обнаружен, вчастности, аналог Большого Красного Пятна  Юпитера,  хотя  и  меньших размеров.Установлено, что скорости ветров на Сатурне даже выше, чем на Юпитере: на экваторе  480  м/с, или  1700 км/ч. Число облачных поясов больше, чем наюпитере, и достигают они более высоких широт. Таким образом, снимки облачностидемонстрируют своеобразие атмосферы  Сатурна,  которая  даже  активнееюпитерианской.

Метеорологическиеявления на Сатурне происходят при более низкой температуре,  нежели  в земнойатмосфере. Поскольку Сатурн в 9,5 раз дальше от Солнца, чем Земля, он получаетв 9,5 =90 раз меньше тепла.

Температурапланеты на уровне верхней границы облачного покрова, где давление равно 0,1атм, составляет всего 85 К, или -188 С. Интересно, что за счет нагревания однимСолнцем даже такой температуры  получить нельзя. Расчет показывает: в недрахСатурна имеется свой собственный источник тепла, поток от которого в 2,5 разабольше, чем от Солнца.  Сумма этих двух потоков и дает наблюдаемую температурупланеты. Космические аппараты подробно исследовали химический составнадоблачной атмосферы Сатурна. В основной она состоит почти на 89%  изводорода. На втором месте гелий (около 11% по массе). Отметим, что в атмосфереЮпитера его 19%. Дефицит гелия на Сатурне объясняют гравитационным  разделениемгелия и водорода в недрах планеты: гелий, который тяжелее, постепенно оседаетна большие  глубины  (что,  кстати  говоря,  высвобождает часть энергии,«подогревающей» Сатурн). Другие газы в атмосфере — метан, аммиак,этан, ацетилен, фосфин — присутствуют в малых количествах. Метан при стольнизкой температуре ( около -188 С)находится в основном в капельножидкомсостоянии. Он образует облачный покров Сатурна. Что  касается малого контрастадеталей, видимых в атмосфере Сатурна, о чем говорилось выше, то причины этогоявления пока  еще  не вполне ясны. Было высказано предположение, что ватмосфере взвешена ослабляющая контраст дымка из мельчайших твердых частиц. Нонаблюдения  «Вояджера-2» опровергают это: темные полосы на поверхностипланеты оставались резкими и ясными до самого края диска Сатурна, тогда как приналичии дымки они бы к краям замутнялись из-за большого  количества частицперед ними. Вопрос, таким образом, не может считаться решенным и требуетдальнейшего  расследования.

Данные, полученные с «Вояджера-1», помогли с большой точностью     определить экваториальный радиус Сатурна. На уровне вершины  облачного покрова  экваториальный радиус составляет 60330 км. или в 9,46 раза большеземного. Уточнен также период обращения  Сатурна  вокруг оси:  один оборот онсовершает за 10 ч. 39,4 мин — в 2,25 раза быстрее Земли. Столь быстрое вращениепривело к тому, что сжатие Сатурна значительно больше, чем у Земли.Экваториальный радиус Сатурна на 10% больше полярного (у Земли — только на0,3%).

         

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА САТУРНА.

До тех пор, пока первые космические аппараты недостигли Сатурна, наблюдательных данных о его магнитном поле не было вообще. ноиз      наземных  радиоастрономических наблюдений явствовало, что Юпитеробладает мощным магнитным полем. Об этом свидетельствовало тепловое     радиоизлучение  на дециметровых волнах, источник которого оказался     большевидимого диска планеты, причем он вытянут вдоль экватора Юпитера симметрично поотношению к диску. Такая геометрия, а также  поляризованность  излучения свидетельствовали  о том, что наблюдаемое      излучение магнитно-тормозное иисточник его — электроны, захваченные магнитным полем Юпитера и населяющие егорадиационные пояса,  аналогичные  радиационным  поясам Земли. Полеты к Юпитерыподтвердили эти выводы. Поскольку Сатурн весьма сходен с Юпитером по  своим физическим  свойствам, астрономы предположили, что достаточно заметноемагнитное поле  есть  и  у  него. Отсутствие же у Сатурна наблюдаемого с Землимагнитно-тормозного радиоизлучения объясняли влиянием колец. Эти предложенияподтвердились. Еще при подлете  «Пионера-11»  к Сатурну  его  приборызарегистрировали в около планетном пространстве образования, типичные дляпланеты, обладающей ярко выраженным магнитным полем: головную ударную волну,границу магнитосферы (магнитопаузу), радиационные пояса (Земля и  Вселенная,1980,  N2,  с.22-25  — Ред.).  В целом магнитосфера Сатурна весьма сходна сземной, но, конечно, значительно больше по размерам. Внешний  радиус магнитосферы Сатурна  в  подсолнечной  точке составляет 23 экваториальныхрадиуса планеты, а расстояние до ударной волны — 26 радиусов. Для  сравненияможно напомнить, что внешний радиус земной магнитосферы в подсолнечной  точке — около 10 земных радиусов. Так что даже по относительным размерам магнитосфераСатурна превосходит земную  более  чем  вдвое. Радиационные  пояса  Сатурна настолько  обширны,  что охватывают не только кольца, но и орбиты некоторыхвнутренних  спутников  планеты. Как  и  ожидалось,  во внутренней частирадиационных поясов, которая «перегорожена» кольцами Сатурна,концентрация заряженных частиц значительно меньше. Причину этого легко понять,если вспомнить,  что  в радиационных поясах частицы совершают колебательные движенияпримерно  в меридиональном направлении, каждый раз пересекая экватор. Но уСатурна в плоскости экватора  располагаются  кольца:  они  поглощают почти всечастицы, стремящиеся пройти сквозь них. В результате внутренняя часть радиационных поясов, которая в отсутствие колец была бы в  системе  Сатурна наиболее интенсивным источником радиоизлучения,      оказывается ослабленной.Тем не менее «Вояджер-1»,  приблизившись к Сатурну, все же обнаружилнетепловое радиоизлучение его радиационных поясов.

В  отличие  от Юпитера Сатурн излучает в километровомдиапазоне     длин волн. Заметив, что интенсивность излучения модулирована спериодом 10ч. 39,4 мин., предположили, что это  и  есть  период  осевого     вращения  радиационных поясов, или, другими словами, период вращения     магнитного поля Сатурна. Но тогда это и период вращения  Сатурна.  В      самомделе, магнитное поле Сатурна порождается электрическими токами      в недрахпланеты, — по-видимому, в слое, где под влиянием колоссальных давлений водородперешел в металлическое состояние. При вращении     этого  слоя  с  той угловой скоростью вращается и магнитное поле.      Вследствие большой вязкостивещества внутренних частиц  планеты  все      они  вращаются с одинаковымпериодом. Таким образом, период вращения      магнитного поля — это в то жевремя период  вращения  большей  части      массы Сатурна (кроме атмосферы,которая вращается не как твердое тело).

         

КОЛЬЦА

C Земли  в  телескоп хорошо видны три кольца: внешнее, средней      яркостикольцо А; среднее, наиболее яркое кольцо В и внутреннее, не яркоеполупрозрачное кольцо С, которое иногда  называется  креповым. Кольца чутьбелее желтоватого диска Сатурна. Расположены они в плоскости  экватора планетыи очень тонки: при общей ширине в радиальном    направлении примерно 60 тыс.км. они имеют толщину менее 3 км. спектроскопически было установлено, что кольца  вращаются  не  так,  как твердое тело, — с расстоянием от Сатурнаскорость убывает. Более того,  каждая  точка колец имеет такую скорость, какуюимел бы на этом расстоянии спутник, свободно движущийся вокруг Сатурна  по круговой орбите.  Отсюда  ясно: кольца Сатурна по существу представляютсобой      колоссальное скопление мелких твердых частиц, самостоятельнообращающихся вокруг планеты. Размеры частиц столь малы, что их не видно нетолько в земные телескопы, но и с борта космических аппаратов. Характернаяособенность строения колец — темные кольцевые  промежутки  (деления),  где вещества  очень мало. Самое широкое из них (3500 км) отделяет кольцо В откольца А и называется «делением  Кассини» в честь астронома, впервыеувидевшего его в 1675 году. При исключительно хороших атмосферных условияхтаких делений с Земли видно свыше десяти.Природа их, по-видимому, резонансная.Так, деление Кассини  — это область орбит, в которой период обращения каждойчастицы вокруг Сатурна ровно вдвое меньше, чем у ближайшего крупного спутникаСатурна — Мимаса. Из-за такого совпадения  Мимас  своим  притяжением      как бы  раскачивает частицы, движущиеся внутри деления, и в конце      концоввыбрасывает их оттуда.

Бортовые камеры «Вояджеров» показали, что сблизкого расстояния      кольца Сатурна похожи на граммофонную пластинку: оникак бы расслоены на тысячи отдельных узких колечек с темными прогалинами междуними. Прогалин так много, что объяснить их резонансами с периодами обращенияспутников Сатурна уже невозможно. Чем же объясняется эта тонкая структура?Вероятно,  равномерное распределение частиц по плоскости колец механическинеустойчиво. Вследствие  этого  возникают  круговые  волны плотности — это иесть наблюдаемая тонкая структура.

Помимо колец А, В и С «Вояджеры» обнаружилиеще четыре: D,E,F  и G. Все они  очень разрежены и потому неярки. Кольца D и Eс трудом     видны с Земли при особо благоприятных условиях; кольца F и Gобнаружены впервые. Порядок обозначения колец объясняется историческимипричинами, поэтому он не совпадает с алфавитным. Если расположить кольца помере их удаления от Сатурна, то мы получим ряд: D,C,B,A,F,G,E. Особый интерес ибольшую дискуссию вызвало кольцо F. К  сожалению,  вывести  окончательноесуждение об этом объекте пока не удалось, так как наблюдения двух«Вояджеров» не согласуются  между  со     бой.  Бортовые камеры«Вояджера-1» показали, что кольцо F состоит из      несколькихколечек общей шириной 60 км., причем два из них  перевиты      друг  с другом,  как шнурок. Некоторое время господствовало мнение,      чтоответственность за эту необычную конфигурацию несут два  небольших новооткрытых спутника, движущихся непосредственно вблизи кольца F, -  один извнутреннего края, другой — у внешнего  (чуть  медленнее первого, так как ондальше от Сатурна). Притяжение этих спутников не дает крайним частицам уходитьдалеко от его середины, то есть спутники как бы «пасут» частицы, зачто и получили название  «пастухов». Они  же, как  показали расчеты,вызывают движение частиц по волнистой линии, что и создает наблюдаемыепереплетения компонентов кольца. Но «Вояджер-2», прошедший близСатурна девятью месяцами позже, не обнаружил в кольце F ни переплетений, никаких-либо других искажений формы, — в частности, и в непосредственной близостиот «пастухов».  Таким образом, форма кольца оказалась изменчивой. Длясуждения о причинах  и закономерностях  этой изменчивости двух наблюдений, конечно,мало. С Земли же наблюдать кольцо F современными  средствами  невозможно — яркость его слишком мала. Остается надеяться, что более тщательное исследование полученных «Вояджерами» снимков кольца прольет свет наэту проблему.

Кольцо D — ближайшее к планете. Видимо,  оно простирается  до самого облачного шара Сатурна. Кольцо E — самое внешнее.Крайне разряженное, оно в то же время наиболее широкое из всех — около 90 тыс.км. Величина зоны, которую оно занимает, от 3,5 до 5 радиусов планеты. Плотностьвещества в кольце E возрастает по направлению к орбите спутника Сатурна Энцелада. Возможно, Энцелад — источник вещества этого кольца. Частицы колецСатурна, вероятно, ледяные, покрытые сверху  инеем. Это было известно еще изназемных наблюдений, и бортовые приборы космических  аппаратов  лишьподтвердили правильность такого вывода. Размеры частиц главных колецоценивались из  наземных наблюдений в пределах от сантиметров до метров(естественно, частицы не могут быть одинаковыми по величине: не исключаетсятакже, что в разных кольцах типичный поперечник частиц различен). Когда«Вояджер-1» проходил вблизи Сатурна, радиопередатчик космическогоаппарата последовательно пронизывал радиолучом не волне 3,6 см. кольцо А, деление Кассини и кольцо С. Затем  радиоизлучение было  принято  на Земле иподверглось анализу. Удалось выяснить, что частицы указанных зон рассеиваютрадиоволны преимущественно  вперед, хотя  и  несколько по-разному. Благодаряэтому оценили средний поперечник частиц кольца А в 10 м, деления Кассини — в 8м и кольца С  — в 2 м. Сильное рассеяние вперед, но на этот раз в видимомсвете, обнаружено у колец F и E. Это означает наличие в них значительногоколичества  мелкой  пыли  (поперечник пылинки около десятитысячных долеймиллиметра). В  кольце В обнаружили новый структурный элемент – радиальныеобразования, получившие названия «спиц» из-за внешнего  сходства  соспицами  колеса.  Они также состоят из мелкой пыли и расположены над плоскостьюкольца. Не исключено, что «спицы» удерживаются там силамиэлектростатического отталкивания.  Любопытно  отметить:  изображения«спиц» были найдены на некоторых зарисовках Сатурна, сделанных еще впрошлом веке. Но тогда никто не придал им значения. Исследуя  кольца, «Вояджеры»  обнаружили  неожиданным эффект — многочисленныекратковременные всплески радиоизлучения, поступающего от колец. Это не чтоиное, как сигналы от электростатических  разрядов — своего рода молнии.Источник электризации частиц, по-видимому, столкновения между ними. Кроме того6была открыта окутывающая кольца газообразная атмосфера  из  нейтральногоатомарного водорода. «Вояджерами» наблюдалась линия Лайсан-альфа(1216 А) в ультрафиолетовой части спектра. По  ее    интенсивности оцениличисло атомов водорода в кубическом сантиметре атмосферы. Их оказалось примерно600. Нужно сказать, некоторые ученые задолго до запуска  к  Сатурну космическихаппаратов предсказывали возможность существования атмосферы у колец Сатурна.«Вояджерами» была также сделана попытка измерить  массу колец. Трудность состояла в том, что масса колец по крайней мере в миллион раз меньше массыСатурна. Из-за этого траектория движения  космического аппарата вблизи Сатурнав громадной степени определяется мощным притяжением самой планеты и лишьничтожно возмущается слабым притяжением колец. Между тем именно слабоепритяжение и необходимо выявить. Лучше всего для этой цели подходила траектория«Пионера-11». Но анализ измерений траектории аппарата по егорадиоизлучению показал, что кольца ( в пределах точности измерений) на движениеаппарата не повлияли.  Точность же составила 1,7 х 10 массы Сатурна. Инымисловами, масса колец заведомо меньше 1,7 миллионных долей массы планеты.

         

СПУТНИКИ

Если  до  полетов космических аппаратов к Сатурну былоизвестно 10 спутников планеты, то сейчас мы  знаем  22, названные, в основном,в честь героев античных мифов о титанах и гигантах. Новые спутники весьмамалы, но тем не менее некоторые из них оказывают серьезное  влияние  на динамику системы  Сатурна.  Таков,  например, маленький спутник, движущийся увнешнего края кольца А; он не дает частицам кольца выходить за  пределы этогокрая. Это Атлас. Титан является вторым по величине спутником в Солнечной Системе.  Его  радиус равен 2575 километров. Его масса составляет 1,346 х 10грамм (0,022 массы Земли), а средняя плотность 1,881 г/см. Это единственныйспутник, обладающий значительной атмосферой, причем его атмосфера плотнее, чему любой из планет земной группы, исключая Венеру.  Титан подобен Венере еще итем, что у него имеются глобальная дымка и даже небольшой тепличный подогрев уповерхности. В  его  атмосфере,  вероятно, имеются метановые облака, но этотвердо не установлено. Хотя в инфракрасном спектре преобладают  метан  и другие углеводороды,  основным компонентом атмосферы является азот, которыйпроявляется в сильных УФ-эмиссиях. Верхняя атмосфера весьма близка кизотермическому состоянию на всем пути от стратосферы до  экзосферы, атемпература на поверхности с точностью до нескольких градусов одинакова  по всей сфере и равна 94 К. Радиусы темно-оранжевых или коричневых частицстратосферного аэрозоля в основном не превышают  0,1 мкм, а на больших глубинахмогут существовать более крупные частицы. Предполагается,  что  аэрозолиявляются конечным продуктом фотохимических превращений метана и что они аккумулируются  на  поверхности (или  растворяются в жидком метане или этане).Наблюдаемые углеводороды и органические молекулы могут возникать приестественных  фотохимических процессах. Удивительным  свойством  верхнейатмосферы являются УФ-эмиссии, приуроченные к дневной стороне, но слишком яркие,  чтобы  их  могла возбудить поступающая солнечная энергия. Водородбыстро диссипирует, пополняя наблюдаемый тор, вместе с некоторым количествомазота, выбиваемого при диссоциации N2 электронными ударами. Наоснове наблюдаемого расщепления  температуры  можно  построить глобальнуюсистему ветров. Глобальный состав Титана, по-видимому, определяется тем наборомконденсируемых веществ, которые образовались в плотном газовом диске вокругпрото-Сатурна. Существуют три возможных сценария  происхождения: холоднаяаккреция (означающая, что повышение температуры в ходе образования пренебрежимо  мало), горячая  аккреция  при отсутствии плотной газовой фазы игорячая аккреция в присутствии плотной  газовой фазы.  На  рис.  показано, какмогут выглядеть в разряде недра Титана. Вероятно наличие горячегодегидротированного силикатного ядра, а также расплавленного слоя NH -H O,однако детальное расположение ледяных слоев в настоящее время достоверно неизвестно.Конвекция преобладает повсюду, кроме внешней оболочки. Япете. Возможно, чтосамый таинственный из спутников Сатурна, Япете, является единственным поинтервалу альбедо его поверхности — от 0,5 (типичное значение для ледяных тел)до  0,05 в центральных частях его ведущего по ходу обращения полушария.«Вояджером — 1» были получены изображения с максимальным разрешением50 км/пара линий,   показывающие  в  основном  полушарие, обращенное к Сатурну,и границу между ведущей (темной) и ведомой (светлой) сторонами. Было зарегистрировано  огромное  темное экваториальное кольцо диаметром около 300 кмс долготой центра около 300. Вояджеровские наблюдения,  полученные  с наибольшим  разрешением, показывают, что светлая сторона (и особенно областьсеверного полюса) сильно кратеризована: поверхностная плотность составляет205+16 кратеров (D>30 км) на 10 км. Экстраполяция до диаметров 10 кмприводит к плотности более 2000 кратеров (D>10 км) на 10 км. Такая плотностьсравнима с плотностями на других сильно кратеризованных телах, таких, какМеркурий и Каллисто, или с плотностью кратеров на лунных континентах. Характерной  чертой границы между темной и светлой областями на Япете являетсясуществование многочисленных кратеров с темным дном на  светлом  веществе  и отсутствие  на темном веществе кратеров со светлым  дном или кратеров с гало(или других белых пятен). Плотность  Япета, равная  1,16+0,09  г/см характерна  для ледяных Спутников Сатурна и согласуется с моделями, в которыхводяной лед является главной  составляющей.  Белл считает, что темное веществоявляется основным компонентом исходного конденсата, из которого образовалсяЯпет.

Рея – почти двойник Япета по размерам, но без еготемного вещества, Рея может представлять собой относительно простой прототип ледяного спутника внешних областей Солнечной системы. Диаметр Реи 1530 км, аплотность 1,24+0,05 г/см. Ее геометрическое альбедо равно 0,6 и оказываетсяподобным альбедо полюсов и ведомого полушария Япета.

Это позволило сделать важный шаг в исследовании природыспутников. Зная диаметр спутника, легко вычислить его объем. Разделив массуспутника на объем, получим среднюю  плотность  -  характеристику,     помогающую  установить, из каких веществ состоит данное небесное тело.Выяснилось, что плотности внутренних спутников Сатурна — от  Мимаса  до Реи, атакже Япета — близки к плотности воды: от 1,0 до 1,4 г/см, Есть основанияполагать, что эти спутники главным  образом,  и состоят  из  воды  (конечно, нежидкой, так как их температура около -180 С). Тефия, плотность которой 1 г/см,особенно похожа на  кусок чистого  льда.  В  других спутниках также должнаиметься большая или меньшая примесь каменистых веществ. «Вояджеры»подходили к спутникам Сатурна так близко,  что  удалось не только определить диаметрыспутников, но и передать на Землю изображения  их  поверхности. Уже составленыпервые карты спутников.

Наиболее распространенные образования на ихповерхности -  кольцевые кратеры,  подобные лунным. Происхождение кратеровударное: летящее в межпланетном пространстве метеорное тело сталкивается со спутником, его  космическая скорость почти мгновенно падает до нуля,кинетическая энергия переходит в тепло. Происходит взрыв с образованиемкольцевого кратера.

Некоторые кратеры нужно упомянуть особо. Например, большойкратер на маленьком Мимасе. Диаметр кратера около 130 км., или  треть диаметра спутника.  Вероятно,  ударного кратера большего размера на Мимасе быть неможет. При  несколько  большей  кинетической  энергии космического тела,нанесшего удар, Мимас разлетелся бы на куски. Множество  кратеров, которые мысейчас видим на снимках спутников Сатурна, — это летопись их истории, уходящаявглубь  времен  по меньшей  мере на сотни миллионов лет. Отметины,произведенные небесными камнями, свидетельствуют, что в отдаленную эпохуформирования планетной системы  околосолнечное  пространство (по крайней мередо орбиты Сатурна) было насыщено множеством отдельных твердых тел ,  изкоторых  постепенно сложились планеты и спутники. И даже после того, какформирование планет и спутников в основном завершилось, остаток этих твердыхтел долгое время продолжал двигаться в пространстве. Таковы, в основном, нашисегодняшние сведения о Сатурне. Необходимо  только оговориться, что в первуюочередь речь шла о непосредственных фактических данных. Более глубокие выводы,  которые  могут быть  из них сделаны и, вероятно, будут сделаны,потребуют длительной работы ученых. Она еще впереди.

У Р А Н

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Уран— седьмая планета от Солнца и третья по размеру. Интересно, что Уран хоть ибольше в диаметре, но меньше массой, чем Нептун. Уран иногда едва видимневооруженным глазом в очень ясные ночи; его нетрудно отождествить в бинокль(если Вы знаете точно, куда смотреть). Небольшой астрономический телескоппокажет небольшой диск.

Расстояниеот Солнца 2870990000 км (19.218 а.е.), экваториальный диаметр: 51,118 км, в 4раза больше земного, масса: 8.686.10 25 кг, 14 массЗемли. Период обращения вокруг Солнца — 84 с четвертью года. Средняятемпература на Уране — около 60-ти Кельвинов.

Уран— старинное Греческое божество Неба, самый ранний высший бог, который был отцомХроноса (Сатурна), Циклопа и Титана (предшественников Олимпийских богов).

 

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

 

Уран,первая планета, обнаруженная в новой истории, была открыта случайно В.Гершелем,когда он рассматривал небо в телескоп 13 марта 1781 года; сначала он подумал,что это была комета. Ранее, как позже выяснилось, планета неоднократно быланаблюдаема, но принималась за обычную звезду (самая ранняя запись о “звезде”была сделана в 1690-м, когда Джон Флэмстид каталогизировал ее как 34-ю Тельца —одно из приинятых обозначений звезд в созвездиях).

Гершельназвал планету “Georgium Sidus” (Планета Георга) в честь его покровителя,короля Англии Георга III; другие называли ее планетой Гершеля. Имя же “Уран”было дано временно и взято по традиции из античной мифологии, а утвердилось онолишь в 1850-м году.

Уранбыл посещен только одним космическим кораблем: недалеко от Урана пролетал“Вояджер 2”. (Снимок вверху сделан с телескопа “Хаббл”). Корабль прошел в 81500километрах от Урана 24-ого января 1986-го года. “Вояджер-2 “ предал тысячиизображений и других научных данных о планете, спутниках, кольцах, атмосфере,пространстве и магнитной среде, окружающих Уран. Различные инструменты изучали кольцевуюсистему, открывая мелкие детали прежде известных и двух вновь обнаруженныхколец. Данные показали, что планета вращается с периодом 17 часов 14 минут.Космический корабль также обнаружил магнитосферу, которая велика настолько же,насколько и необычна.

 

ОСОБЕННОСТИ ВРАЩЕНИЯ УРАНА

Убольшинства планет ось вращения почти перпендикулярна плоскости эклиптики(эклиптика — видимый годовой путь Солнца на небсной сфере), но ось Урана почти параллельна этой плоскости.Причины “лежачего” обращения Урана неизвестны. Зато в действительностисуществует спор: какой из полюсов Урана — северный. Разговор этот отнюдь неподобен спору о палке с двумя концами и двумя началами. То, как же на самомделе сложилась такая ситуация с вращением Урана, очень многое значит в теориивозникновения всей Солнечной системы, ведь почти все гипотезы подразумеваютвращение планет в одну сторону. Если Уран образовался, лежа на боку, то этосильно не состыкуется с догадками о происхождении нашей планетной системы.Правда, сейчас все больше полагают, что такое положение Урана — результатстолкновения с большим небесным телом, возможно крупным астероидом, на раннихстадиях формирования Урана.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ, ФИЗИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И СТРОЕНИЕ УРАНА

Урансформировался из первоначальных твердых тел и различных льдов (подо льдамиздесь надо понимать не только водяной лед), он лишь на 15% состоит из водорода,а гелия нет почти совсем (в контраст Юпитеру и Сатурну, которые, по большейчасти, — водород). Метан, ацетилен и другие углеводороды существуют взначительно больших количествах, чем на Юпитере и Сатурне. Ветры в среднихширотах на Уране перемещают облака в тех же направлениях, что и на Земле. Этиветры дуют со скоростью от 40-а до 160-ти метров в секунду; на Земле быстрыепотоки в атмосфере перемещаются со скоростью около 50-ти метров в секунду.

Толстыйслой (дымка) — фотохимический смог — обнаруживается вокруг освещенного Солнцемполюса. Освещенный Солнцем полушарие также излучает больше ультрафиолета.Инструменты “Вояждера” обнаружили отчасти более холодную полосу между 15 и40-ка градусами широты, где температура на 2-3 K ниже.

Синийцвет Урана является результатом поглощения красного света метаном в верхнейчасти атмосферы. Вероятно, существуют облака других цветов, но они прячутся от наблюдателейперекрывающим слоем метана. Атмосфера Урана (но не Уран в целом!) состоитпримерно из 83% водорода, 15% гелия и 2% метана. Подобно другим газовымпланетам, Уран имеет полосы облаков, которые очень быстро перемещаются. Но оничрезвычайно плохо различимы и видимы только на снимках с большим разрешением,сделанные “Вояджером-2”. Последние наблюдения с HST позволили рассмотретьбольшие облака. Есть предположение о том, что эта возможность появилась в связис сезонными эффектами, ведь как не трудно сообразить, зима от лета на Уранесильно разняться: целое полушарие зимой на несколько лет прячется от Солнца!Хотя, Уран получает в 370 раз меньше тепла от Солнца, чем Земля, так что летомтам тоже не бывает жарко. К тому же, Уран излучает тепла не больше, чемполучает от Солнца, следовательно, он холоден внутри?

Крометого, оказывается, что Уран не имеет твердого ядра, и вещество более или менееединообразно распространено по всему объему планеты. Это отличает Уран (да иНептун тоже) от его более крупных родственников. Возможно, эта обедненностьлегкими газами — следствие недостаточной массы зародыша планеты, и в ходеобразования, Уран не смог удержать возле себя большее количество водорода игелия. А может быть, в этом месте зарождающейся планетной системы вовсе не былостолько легких газов, что, конечно, в свою очередь, тоже требует объяснений.Как видно, ответы на вопросы, связанные с Ураном, могут пролить свет на судьбувсей Солнечной системы!

КОЛЬЦА УРАНА

 

Подобнодругим газовым планетам, Уран имеет кольца. Кольцевая система была обнаружена в1977-м году во время покрытия Ураном звезды. Наблюдалось, что звезда 5 разослабляла на краткий промежуток времени свой блеск перед покрытием и посленего, что и навело на мысль о кольцах. Последующие наблюдения c Земли показали,что действительно есть девять колец. Если перебирать их, удаляясь от планеты,они названы 6, 5, 4, Альфа, Бета, Эта, Гамма, Дельта и Эпсилон. Камеры«Вояждера» обнаружили несколько дополнительных колец, и также показали, чтодевять основных колец погружены в мелкую пыль. Подобно кольцам Юпитера, ониочень неярки, но, как и кольца Сатурна, кольца Урана содержат много довольнобольших частиц, размеры их колеблются от 10 метров в диаметре до мелкой пыли.Кольца Урана были открыты первыми после колец Сатурна. Это имело большоезначение, так как стало возможным предположить, что кольца — общаяхарактеристика планет, а не удел одного Сатурна. Это еще одно прямо-такиэпохальное значение Урана для астрономии.

Наблюденияпоказали, что кольца Урана заметно отличаются от родственных им систем Юпитераи Сатурна. Неполные кольца с различным показателям прозрачности по длинекаждого из колец сформировались, похоже, позже, чем сам Уран, возможно, послеразрыва нескольких спутников приливными силами.

Количествоизвестных колец может, в конечном счете, возрасти, судя по наблюдениям«Вояджер-2». Приборы указывали на наличие многих узких колец (или, возможно,неполных колец или кольцевых дуг) около 50 метров шириной.

Ключомк разгадке структуры колец Урана может быть и открытие того, что два небольшихспутника – Корделия и Офелия – находятся внутри кольца Эпсилон. Это объясняетнеравномерное распределение частиц в кольце: спутники удерживают веществовокруг себя. Так, используя эту теорию, предположено, что в этом кольце можноотыскать еще 16(!) спутников.

МАГНИТОСФЕРА

     Областьвокруг небесного тела, где его магнитное поле остается сильнее суммы всехдругих полей близких и удаленных тел, называется магнитосферой этого небесноготела.

Уран,как многие планеты имеет магнитосферу. Она необычна тем, чтоось симметрии ее наклонена почти на 60 градусов к оси вращения (у Землиэтот угол составляет 12 градусов). Если бы так обстояло дело на Земле, тоориентирование с помощью компаса имело бы интересную особенность: стрелка почтисовсем бы не попадала указателем на север или юг, а была бы нацелена на двепротивоположные точки 30-х параллелей. Вероятно, магнитное поле вокруг планетыгенерируется движениями в сравнительно поверхностных областях Урана, а не в егоядре. Источник поля — неизвестен; гипотетический электропроводящий океан воды иаммиака не подтвержден исследованиями. Как на Земле, так и на других планетах,источником магнитного поля считают течения в расправленных породах,расположенных недалеко от ядра.

Интенсивностьполя на поверхности Урана в общих чертах сравнима с Земной, хотя оно и сильнееизменяется в разных точках поверхности из-за большого смещения оси симметрииполя от центра Урана.

Каку Земли, Юпитера и Сатурна, у Урана есть магнитный хвост, состоящий иззахваченных полем заряженных частиц, растянувшийся на миллионы километров заУран от Солнца. «Вояждер» “чувствовал” поле, по крайней мере, в 10-ти миллионахкилометрах от планеты.

СПУТНИКИ УРАНА

Уранимеет 17 известных спутников. До недавнего времени ихнасчитывали 15. Они формировали два четких класса:

10 небольших внутренних, очень слабых по яркости, обнаруженных«Вояджером-2»,и 5 больших внешних. Все 15 имеют почти круговые орбиты в плоскости экватора Урана(и, следовательно, они расположены под большим углом к плоскости эклиптики). В1997-м году с помощью 5-метровогоПаломарского телескопа группой канадских ученых были обнаружены еще двакрохотных и слабых по яркости спутника. На комбинации снимков телескопа имениХаббла видно движение современем спутников Урана. Нетрудно отличить характер этого видимого движения отсмещения попадающих в поле зрения звезд.

Имена всех спутников Урана были позаимствованы угероев Шекспира.

Спутник

Расстояние от Урана
(тыс. км)

Радиус (км)

Масса (кг)

Кто открыл

Год
Открытия

Корделия

50

13

?

1986

«Вояджер-2»

Офелия

54

16

?

1986

«Вояджер-2»

Бьянка

59

22

?

1986

«Вояджер-2»

Кресcидия

62

33

?

1986

«Вояджер-2»

Дездемона

63

29

?

1986

«Вояджер-2»

Джульетта

64

42

?

1986

«Вояджер-2»

Портия

66

55

?

1986

«Вояджер-2»

Росалинда

70

27

?

1986

«Вояджер-2»

Белинда

75

34

?

1986

«Вояджер-2»

Пак

86

77

?

1985

«Вояджер-2»

Миранда

130

236

6.30.1019

1948

Койпер

Ариель

191

579

1.27.1021

1851

Лассель

Умбриэль

266

585

1.27.1021

1851

Лассель

Титания

436

789

3.49.1021

1787

Гершель

Оберон

583

761

3.03.1021

1787

Гершель

Калибан

7 200 (?)

60 (?)

?

1997

Глэдмен и ko

Сикоракс

12 200 (?)

120 (?)

?

1997

Глэдмен и ko

Луна

387

1600

7.4.1022

----------

----------

Изображения уже открытых пятисамых больших спутников, полученные «Вояждером», обнаружили сложныеповерхности, характеризующие бурное геологическое прошлое этих космических тел.Камеры также отыскали 10 прежде неизвестных спутников.

Предварительный анализпоказывает, что пять больших спутников — совокупность ледяных глыб. Большиеспутники Урана на 50 процентов состоят из водяного льда, на 20 процентов — изуглеродных и азотных соединений, на 30 процентов — из разных соединений кремния- силикатов. Их поверхности, почти монотонно темно-серые, носят следыгеологической истории.

Титания, например, выделяетсяогромными системами трещин и каньонами, что указывает на некоторый периодактивной геологической деятельности в прошлом этого спутника. Эти детали могутявляться результатом тектонических перемещений коры.

Ариель имеет ярчайшую и,возможно, геологически самую молодую поверхность в спутниковой системе Урана.Она, в основном, лишена кратеров, больших, чем 50 километров в диаметре. Этоуказывает на то, что имеющиеся в околоурановом пространстве мелкие метеорысглаживают, при падении на поверхность, крупные рельефные образования.

Поверхность Умбриэль древняяи темная, очевидно, она была подвержена немногим геологическим процессам.Темные тона поверхности Умбриэль могут являться следствием покрытия пылью инебольшими обломками когда-то находившихся в окрестностях орбиты этогоспутника. Оберон, самый внешний из пяти больших спутников, также имеет старую,покрытую кратерами поверхность, с неяркими следами внутренней деятельности.                             

Н Е П Т У Н

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Нептун – восьмая планета отСолнца, большая планета Солнечной системы, относится к планетам – гигантам. Ееорбита пересекается с орбитой Плутона в некоторых местах. Еще орбиту Нептунапересекает комета Галилея. Астрологический знак Нептуна J.

Нептун движется вокруг Солнцапо эллиптической, близкой к круговой (эксцентриситет 0, 009), орбите; егосреднее расстояние от Солнца в 30, 058 раз больше, чем у Земли, что составляетпримерно 4500 млн. км. Это значит, что свет от Солнца доходит до Нептуна немногимболее чем за 4 часа. Продолжительность года, то есть время одного полногооборота вокруг Солнца 164,8 земных лет. Экваториальный радиус планеты 24750 км.,что почти в четыре раза превосходит радиус Земли, притом собственное вращениенастолько быстрое, что сутки на Нептуне длятся всего 17,8 часов. Хотя средняяплотность Нептуна, равная 1,67 г/см3, почти втрое меньше земной, егомасса из-за больших размеров планеты в 17,2 раза больше, чем у Земли. Нептунвыглядит на небе как звезда 7,8 звездной величины (недоступна невооруженномуглазу); при сильном увеличении имеет вид зеленоватого диска, лишенногокаких-либо деталей.

Нептунудален от Солнца на 30 а.е., диаметр планеты — 49,5 тыс. км, что около 4-х земных, масса — около 17 масс Земли. Периодобращения вокруг центрального светила — 165 неполных лет. Средняя температура — 55 К. В римской мифологии Нептун (Греч.Посейдон) был богом моря.

Насегодняшний момент (1997-й год), Нептун — самая далекая от нас планета, так какиз-за вытянутости орбиты Плутона, с 1979-го поиюль 1999-го года последняя планета находится ближе к Солнцу. У имеющихнебольшие оптические инструменты есть уникальная возможность разглядеть самуюдалекую планету Солнечной системы. («Возможность была...» — свежая приписка.Я, имеющий плохонькую 6-сантиметровую ЗРТ ее не упустил. А вы? Я также провелуникальные наблюдения планеты Нептун в те несколько дней, когда она еще быланаиболее удаленной от Земли, но уже не самой далекой от Солнца. Такоеинтересное взаимное расположение Солнца, Земли и Нептуна длилось с начала по 24июня 1999-го года, но из-за позднего восхода Нептуна, появившегося лишь насветлейшем ночном небе июня, совершить подвиг получилось только 23-го числа).

С1994-го года проводятся исследования планеты с помощью телескопаимени Хаббла. На этой паре полученных им изображений представлены два полушарияНептуна. Еще четыре снимка этого телескопа спрятано в фотоаппарате.

БольшоеТемное Пятно.После пролета «Вояджера-2» мимо планеты,наиболее известной деталью на Нептуне стало Большое Темное Пятно в южномполушарии. Оно в два раза меньше чем Большое Красное Пятно Юпитера (т.е. вдиаметре примерно равное Земле). Ветры Нептуна несли Большое Темное Пятно кзападу со скоростью 300 метров в секунду. «Вояджер-2» также виделменьшее темное пятно в южном полушарии и небольшое непостоянное белое облако.Оно могло быть потоком, отходящим от нижних слоев атмосферы к верхним, ноистинная природа его остается пока тайной.

Любопытно,что наблюдения на HST в 1994-м году показали,что Большое Темное Пятно исчезло. Оно или просто рассеялось или, к настоящемувремени, закрыто другими частями атмосферы. Несколько месяцев спустя, HSTобнаружил новое темное Пятно в северном полушарии Нептуна. Это указывает на то,что атмосфера Нептуна изменяется быстро, возможно, из-за легких изменений втемпературах верхних и нижних облаков. На трехснимках справа показано движение облаков в районе Пятна.

Нептун обладает магнитнымполем, напряженность которого на полюсах примерно вдвое больше, чем на Земле.

Эффективная температураповерхностных областей ок. 38 К, но по мере приближения к центру планеты онавозрастает до (12-14) · 103 К при давлении 7-8 мегабар.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ, ФИЗИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И СТРОЕНИЕ НЕПТУНА

Строение и набор составляющихНептун элементов, вероятно, подобны Урану: различные «льды» илиотвердевшие газы с одержанием около 15% водорода и небольшого количества гелия.Как и Уран, и в отличие от Юпитера с Сатурном, Нептун, возможно, не имеетчеткого внутреннего расслоения. Но наиболее вероятно, у него есть небольшоетвердое ядро (равное по массе Земле). Атмосфера Нептуна — это, по большейчасти, водород и гелий с небольшой примесью метана: синий цвет Нептуна являетсярезультатом поглощения красного света в атмосфере этим газом, как на Уране.

Подобно типичной газовойпланете, Нептун славен большими бурями и вихрями, быстрыми ветрами, дующими наограниченных полосах, параллельным экватору. На Нептуне самые быстрые вСолнечной системе ветры, они разгоняются до 2200 км/час. Ветры дуют на Нептунев западном направлении, против вращения планеты. Заметьте, что упланет-гигантов скорость потоков и течений в их атмосферах увеличивается с расстояниемот Солнца. Эта закономерность не имеет пока никакого объяснения. На снимкахможно увидеть облака в атмосфере Нептуна. Подобно Юпитеру и Сатурну, Нептунимеет внутренний источник тепла — он излучает более чем в два с половиной разабольше энергии, нежели получает от Солнца.

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЙ

После того, как в 1781 г. У.Гершель открыл Уран и рассчитал параметры его орбиты, довольно скоро обнаружилисьзагадочные аномалии в движении этой планеты оно то «отставало» от расчетного,то опережало его. Орбита Урана не соответствовала закону Ньютона. Это и навелона мысль о существовании еще одной планеты за Ураном, которая могла бы своимгравитационным притяжением искажать траекторию движения 7-й планеты.

В 1832 г. в отчете БританскойАссоциации 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, чтоэти аномалии обусловлены воздействием пока еще неоткрытой«заурановой» планеты. По-видимому, это было первым предложениемискать «возмущающую» планету. Эри не одобрил идею Хассея, и поиски не былиначаты.

А еще за год до этоготалантливый молодой студент Дж. К. Адамс отметил в своих записях: “В началеэтой недели появилась мысль заняться сразу же после получения степениисследованием аномалий в движении Урана, которые до сих пор не объяснены. Надонайти, могут ли они быть обусловлены влиянием находящийся за ним неоткрытойпланеты и, если возможно, определить хотя бы приблизительно элементы ее орбиты,что может привести к ее открытию”.

       Адамс получилвозможность приступить к решению этой задачи только через два года, и к октябрю1843 г. предварительные вычисления были закончены. Адамс решил показать их Эри,однако встретиться с королевским астрономом ему не удалось. Адамсу оставалосьлишь вернуться в Кембридж, оставив для Эри результаты проведенных рачетов. Понепонятным причинам Эри отреагировал на работу Адамса отрицательно, ценой чегоявилась потеря Англией приоритета в открытии навой планеты.

       Независимо от Адамсанад проблемой заурановой планеты работал во Франции У. Ж. Леверье. 10 ноября

1845 г. он представилФранцузской АН результаты своего теоретического анализа движения Урана, заметивв заключение о расхождениями между данными наблюдений и расчетов: “Это можнообъяснить воздействием внешнего фактора, который я оценю во втором тракте”.Такие оценки были проведены в первой половине 1846 г. Успеху дела помоглопредложение, что искомая планета движется, в соответствии с эмпирическимТициуса Боде правилом, по орбите, радиус которой равен устроенному радиусуорбиты Урана, и что орбита имеет очень маленький наклон к плоскости эклиптики.Леверье выступил с указанием, где следует искать новую планету.

       Получив второй трактЛеверье, эри обратил внимание на очень близкое совпадение результатовисследований Адамса и Леверье, относящихся к движению предполагаемой планеты,возмущающей движение Урана, и даже подчеркнул это на специальном заседанииСовета инспекторов Гринвича. Но он, как и ранее, не торопился начать поиски истал хлопотать о них только в июле 1846 г., поняв, какое негодование можетвызвать впоследствии его пассивность.

       Тем временем Леверье31 августа 1846 г. закончил еще одно исследование, в котором была получена окончательнаясистема элементов орбиты искомой планеты и указано ее место на небе. Но воФранции, как и в Англии, астрономы все не преступали к поискам, и 18 сентябряЛеверье обратился к И. Галле, ассистенту Берлинской обсерватории, 23 сентябрявместе со студентом Дарре начал поиски. Вычисления их базировались на результатахнаблюдений Юпитера, Сатурна и самого Урана. В первый же вечер планета былаобнаружена, она находилась всего в 52 от предполагаемого места. Весть оботкрытии планеты “на кончике пера”, что явилось одним из ярчайших триумфовнебесной механики, вскоре облетела весь научный мир. По установившейся традициипланета получила название Нептун в честь античного бога.

       Около года междуФранцией и Англией шла борьба за приоритет открытия, к которой, как это частобывает, сами герои непосредственно отношения не имели. В частности, междуАдамсом и Леверье установилось полное взаимопонимание, и они оставалисьдрузьями до конца жизни.

СПУТНИКИ НЕТУНА

У Нептуна есть 8 известныхспутников: 4 маленьких, 3 средних и 1 большой.

Тритон

Самый крупный из спутников, спутник Нептуна, открыт У.Ласселом (о.Мальта, 1846 г.). Расстояние от Нептуна 394700 км., сидерическийпериод обращения 5 сут. 21 ч. 3 мин., диаметр ок. 3200 км. И радиус 1600 км.,что немногим (на 138 км.) меньше радиуса Луны, хотя масса его на порядокменьше. Возможно, имеет атмосферу.

Размер крупнейшего спутника планеты — Тритона — близокк размерам Луны, а в массе он уступает ей в 3,5 раза. Это почти единственныйспутник Солнечной системы который обращается вокруг своей планеты в противоположнуюсторону вращения самой планеты вокруг своей оси. Многие подозревают, что Тритон— захваченная когда-то Нептуном самостоятельная планета.

УТритона большая отражательная способность — 60-90% (Луна —12%), так как онбольшой своею частью состоит из водяного льда.

УТритона была обнаружена ничтожная газовая оболочка, давление которой наповерхности в 70.000 раз меньше земного атмосферного давления. Происхождениеэтой атмосферы, которая должна бы давно рассеяться, было объяснено частымиизвержениями, пополняющими ее газами. Когда же были получены снимки Тритона, тона ледяной его поверхности были действительно замечены гейзероподобные изверженияазота и темных частиц пыли разного размера. Все это рассеивается в окружающемпространстве. Есть предположение, что, после захвата Нептуном спутник былразогрет приливными силами, и он был даже жидким первый миллиард лет послезахвата. Возможно, в недрах своих он по-прежнему сохранил это агрегатноесостояние. Поверхность Тритона напоминает спутники Юпитера: Европу, Ганимед,Ио, а также Ариэль Урана. Своим подобием полярных шапок (на рисунке справа,чуть выше) он схож с Марсом.

Нереида

Нерейда – второй по величине спутник Нептуна. Среднеерасстояние от Нептуна 6,2 млн. км., диаметр около 200 км., и радиус 100 км. 

Нереида- самый далекий от Нептуна спутник из известных. Она делает один виток вокругпланеты за 360 дней, т.е. почти за земной год. Орбита Нереиды сильно вытянута,ее эксцентриситет составляет целых 0,75. Наибольшее расстояние от спутника допланеты превышает наименьшее в семь раз. Нереида был открыт в 1949-м годуКойпером(США). Только Тритону посчастливилось также быть открытым с Земли в системеНептуна.

Протеус

Этот спутник является третьим по размерам в семьеспутников Нептуна. Также он является третьим по удаленности от планеты: дальшенего движутся только Тритон и Нереида. Нельзя сказать, что этот спутник выделяетсячем-то особенным, но тем не менее он был выбран учеными для создания еготрехмерной компьютерной модели, основанной на снимках «Вояджера 2»(справа).

Пожалуй,описание остальных спутников подробным делать не стоит, поскольку табличныеданные о них (и то неполные), вполне исчерпывающе говорят о них как о маленькихпланетках, подобных которым очень много среди спутников планет Солнечнойсистемы. По тем немногим данным, что есть, трудно говорить об их индивидуальности.Хотя, будущее наверняка позволит некоторым из них заинтересовать астрономов.

Нептун — восьмая планета от Солнца и четвертая по размеру средипланет. Несмотря на это 4-е место, Уран уступает Нептуну в массе. Нептун можетбыть увиден в бинокль (если Вы знаете точно, куда смотреть), но даже в большойтелескоп вряд ли можно видеть что-нибудь, кроменебольшого диска. Нептун — довольно сложная планета для наблюдений. Ее блеск впротивостояния едва переваливает за 8-ую звездную величину. Тритон — самыйбольшой и яркий спутник — ненамного ярче 14-й звездной величины. Для обнаружениядиска планеты нужно использовать большие увеличения. Кольцо Нептуна с Землиобнаружить очень и очень сложно, а визуально — почти невозможно.  

Только одному космическому аппарату "Вояджер2" удалось достичь столь удаленной планеты, как Нептун. Другие проектыпока… еще только проекты. Нептун былпосещен только одним космическим кораблем: «Вояджером-2» 25 августа1989-го года. Почти все, что мы знаем о Нептуне, мы знаем благодаря этой встрече.

КОЛЬЦА НЕПТУНА

Нептунтакже имеет кольца. Они были открыты при затменииНептуном одной из звезд в 1981-м году. Наблюдения с Земли позволили увидетьтолько слабые дуги вместо полных колец, но фотографии «Вояджера-2» вавгусте 1989-го года показали их до полного размера. Одно из колец обладаетлюбопытной искривленной структурой. Подобно Урановым и Юпитеровым, кольцаНептуна очень темны и строение их неизвестно. Но это не помешало дать им имена:самое крайнее — Адамс (содержащее три выделяющиеся дуги, которые почему-тоокрестили Свободой, Равенством и Братством), затем — безымянное кольцо,совпадающее с орбитой спутника Нептуна Галатеи, следом — Леверрье (чьи внешниерасширения названы Лассель и Араго), и, наконец, слабое, но широкое кольцоГалле. Как видно, названия колец увековечили тех, кто приложил руку к открытиюНептуна.

МАГНИТОСФЕРА

Магнитное поле Нептуна, каки поле Урана, странно ориентированно и, вероятно, создается движениямипроводящего вещества (вероятно, воды), расположенной в средних слоях планеты,выше ядра. Магнитная ось наклонена на 47 градусов к оси вращения, что на Землебы могло отразиться в интересном поведении магнитной стрелки, ведь по еемнению, «Северный полюс» мог бы находиться южнее Москвы… Крометого, ось симметрии магнитного поля Нептуна не проходит через центр планеты, аотстоит от него более чем на полрадиуса, что очень похоже на обстоятельствасуществования магнитного поля вокруг Урана. Соответственно, и напряжение полянепостоянно на поверхности в разных ее местах и меняется от трети земного доутроенного. В какой-либо одной точке поверхности поле также непостоянно, как иположение и интенсивность источника в недрах планеты. По случайности, приподлете к Нептуну, «Вояджер» двигался почти точно в направленииюжного магнитного полюса планеты, что дало возможность ученым провести рядуникальных исследований, многие результаты которых до сих пор не лишенытаинственности и непонятности. Были сделаны предположения о строении Нептуна.Были обнаружены явления в атмосфере, схожие с земными полярными сияниями.Исследуя магнитные явления, «Вояджеру» удалось точно установить периодвращения Нептуна вокруг своей оси — 16 часов 7 минут.

–––––––––––––––––––––––––––––––––

Списокиспользованной литературы:

1.    Система Сатурна. – М.: Мир, 1993год.

2.    Ф.Л. Уилл. Семья Солнца – Сп-Б.: Художественная литература, 1995 год.

3.    Энциклопедия для детей. Т. 8. Астрономия. Глав. ред. М.Д. Аксенова – М.:Аванта+, 1997 год.

4.    М.Я. Маров. Планеты солнечной системы. – М.: Наука, 1996 год.

5.    В.А. Бронштен. Планеты и их наблюдения. – М.: Наука, 1995 год.

6.    У. Кауфман. Планеты и луны. – М.: Мир, 1995 год.

7.    Е.П.  Левитан. Учебник астрономии для 11-х классов. – М.: Просвещение,1994 год.

 

                                      

 

 

еще рефераты
Еще работы по астрономии