Реферат: Плутон

ПЛУТОН

Самая далекая планета Солнечной системы, Плутон, —наименее изученная из всех планет. Она была открыта в марте 1930 годаамериканским астрономом  К. Томбо. Позжеона была найдена и на более ранних фотографиях неба, начиная с 1914 года.

Замечательная историяоткрытий Нептуна и Плутона в действительности начинается с открытия Урана,потому что, не будь наблюдений Урана, два более поздних открытия могли бызадержаться на многие годы. Вместе с тем открытие Урана знаменует начало новойэпохи в истории астрономии,  так как Уранбыл первой планетой, которая была “открыта”. Ведь Меркурий, Венера, Марс, Юпитери Сатурн всегда были видимы невооруженным глазом любому человеку, посмотревшемуна небо (если только глаза наших доисторических предков не были гораздонесовершеннее наших глаз).

Плутонвыглядит как звезда примерно 15-й звездной величины. Нетрудно подсчитать, чтопочти такой же блеск имел бы Марс, если его отнести на расстояние Плутона.Это значит, что Плутон примерно таких же размеров, как и Марс. Более точнаяоценка диаметра планеты была сделана в 1950 году Дж. Койпером, измерившим спомощью 5-метрового телескопа его угловой диаметр и нашедший его равным 0”,23.Этому значению соответствует диаметр планеты 5900 км.

Вночь с 28 на 29 апреля 1965 года Плутон должен был пройти вблизи звезды 15-йзвездной величины, причем так близко, что мог закрыть ее, если бы егодиаметр был равен определенному Койпером. Двенадцать обсерваторий  следили за блеском звезды, но он не ослабелни на секунду. Это означало, что диаметр Плутона не превосходит 5500 км.

Ещетруднее было определить массу Плутона. До 1978 года спутников у него известноне было, кометы вблизи него не проходили. Оставалось изучать слабыевозмущения, создаваемые Плутоном в движении ближайших к нему планет Нептуна иУрана .

-****************-

Привзгляде на план Солнечной системы может создаться впечатление, что орбитыНептуна и Плутона пересекаются (см. рис 1). Это впечатление ошибочно, так какорбита Плутона наклонена на угол 17<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">°

к плоскости эклиптики иорбиты Нептуна, причем линия узлов (пересечения плоскостей орбит) расположенатак, что как раз в районе кажущихся “точек пересечения” Плутон находится на 10а.е. севернее эклиптики. Более того, из-за соизмеримости периодов обращенияНептуна и Плутона (три периода Нептуна почти равны двум периодам Плутона)расстояние между обеими планетами никогда не может быть меньше 18 а.е. СейчасПлутон приближается к своему перигелию и он уже ближе к Солнцу, чем Нептун .

Ближек Плутону, как это не странно, может подходить Уран — расстояние между нимиможет иногда сокращаться до 14 а.е. Но все же это расстояние слишком велико.Американские астрономы Р. Данкомб, П. Сейдельман, Э. Джексон и польскийастроном В. Клепчинский проделали громадную работу по обработке 5426 наблюденийположений Нептуна за 1846 — 1868 годы с учетом возмущений от всех остальныхпланет и получили наилучшее согласие теории с наблюдениями в случае, еслимасса Плутона равна 0,11 земной. Именно такова, как мы помним, масса Марса,но Плутон меньше Марса, и если мы примем для него такую массу и диаметр 5500 км, то средняя плотность Плутонаокажется равной 8 г/см^3, чтослишком много. И вдруг неожиданно американский астроном Дж. Кристи напластинках, снятых в апреле-мае 1978 года на 155-сантиметровом рефлектореМорской обсерватории во Флагстаффе, обнаружил у Плутона спутник диаметромоколо 500 км. Открытие былоподтверждено с помощью 4-х метрового рефлектора обсерватории Серро-Тололо. Пообращению спутника вокруг планеты удалось определить массу Плутона — 1,1 <span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">×

10^25 г или примерно 1/500массы Земли! Диаметр Плутона по определениям Кристи равен 2600 км иначе говоря, именно Плутон, а неМеркурий, — самая маленькая среди больших планет Солнечой системы. ПлотностьПлутона получается равной 1,4 г/см^3 — почти как у спутника Юпитера Каллисто.По диаметру планеты и ее блеску легко определить альбедо; оно равно 0,5.Обычные скальные породы, как показывает пример Луны и Меркурия, необладаютстоль высоким альбедо, значит, можно предположить, что значительная частьповерхности Плутона покрыта льдом или инеем .

Температурана Плутоне должна быть около 40<span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">°

К. Это значение нижетемпературы конденсации метана при очень низких давлениях  (50<span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">°К). Поэтому на поверхностиПлутона может быть метановый лед. И вот совсем недавно, в 1977 году,американские астрономы Д. Крукшенк, Д. Моррисон  и К. Пилчер с помощью 4-х метровогорефлектора обсерватории Китт Пик обнаружили в инфракрасном спектре Плутона двеполосы, характерные именно для метанового льда.

Сдругой стороны, канадский астроном Л. Маннинг, изучив спектр Плутона ввидимой области, полученный в 1970 году Дж. Фиксом, Дж. Неффом и Л. Келси на60-сантиметровом рефлекторе со спектрофотометром нашел в нем признаки полоспоглощения ионов железа и пришел к выводу, что породы планеты обогащеныжелезом .

В1955 году американские астрономы М. Уокер и Р. Харди из фотоэлектрическихнаблюдений нашли период вращения Плутона вокруг оси — 6 суток 9 часов 16,9минуты. Спустя 12 лет  советскийастроном Р.И. Киладзе подтвердил этот период по собственным наблюдениям. Внастоящее время ясно, что этот период является вместе с тем периодом обращенияспутника Плутона вокруг планеты .

Проникновениев тайны солнечной

системына основе использования ньюто-

новскогозакона всемирного тяготения и

тщательнейшихнаблюдений продолжа-

лосьи в нашем веке. Кульминацией этих

усилийбыло открытие Плутона, причем

обстоятельстваэтого открытия были

удивительнопохожи на обстоятельства

открытияНептуна. Как и тогда, планета

практическибыла обнаружена во время

одногоиз ранних поисков, но в силу

превратностейсудьбы ее отождествление

произошлогораздо позднее.

Вначале нашего столетия Персиваль Лоуэлл (1855-1916), основавший во Флагстаффе(Аризона) обсерваторию

цельюнаблюдения планет, и в особенности Марса, активно заинтересовался

возможностьюсуществования планеты еще более далекой, чем Нептун. Он заново исследовалорбиту Урана и пришел к выводу, что кажущиеся ошибки наблюдений могли бысущественно уменьшить если учесть возмущения Урана неизвестной планетой.Вычисленные Лоуэллом орбита и положения планеты не были опубликованы

о1914 г., хотя поиски планеты он начал с 1905 г. Через 24 года в

1929г. было завершено сооружение нового 13-дюймового рефрактора, который былустановлен на обсерватории Лоуэлла для ускорения розыска новой планеты.

Молодомуассистенту Клайду Томбо было поручено систематически фотографировать областинеба вдоль эклиптики. Для каждой области он делал две фотографии с длительнымиэкспозициями, разделенные по времени на 2 — 3 дня. Затем в поисках ожидаемойпланеты он очень тщательно сравнивал полученные фотографические пластинки.Сравнение делалось при помоши блинк-компаратора—прибора, снабженного двойныммикроскопом, что позволяет наблюдателю попеременно видеть одну и ту же областьнеба на двух пластинках. Любой объект, который в течение интервала между двумяэкспозициями перемещался по небу, кажется прыгающим “туда — сюда”, в то времякак звезды выглядят неподвижными.

12марта 1930 г., т. е. менее чем через год после начала осущест-

вленияновой программы, обсерватория Лоуэлла через Гарвардское бюро протелеграфировалаастрономическим обсерваториям следующее сообщение: “Систематически начатыемного лет назад

поискив связи с исследованиями Лоуэллом планеты за орбитой

Нептунапривели к открытию объекта, скорость движения и траектория которого в течениесеми недель последовательно соответствовали телу, находящемуся за орбитойНептуна приблизительно на том расстоянии, которое ему приписывал Лоуэлл.Пятнадцатая звездная величина. Положение на 3 часа всемирного времени 12 мартабыло 7” к западу от <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">d

Близнецов, что согласуетсяс предсказанной Лоуэллом долготой .”

Астрономическиймир вскоре единодушно принял для этой планеты название Плутон, которое подходитей, так как она движется

вовнешних не освещенных Солнцем областях солнечной системы.

Крометого, первые две буквы названия соответствуют инициалам

ПерсиваляЛоуэлла, умершего в 1916 г., т. е. всего через два года

послетого, как им было опубликовано подробное предсказание движения новой планеты.

Последующиевычисления орбиты, выполненные на основании фотографий новой планеты, сделанныхеще до ее открытия, показали, что она движется вокруг Солнца с периодом 246,5года по орбите, наклоненной на 17” к средней плоскости других планет.

Вперигелии орбита Плутона проходит внутри орбиты Нептуна,

новследствие большого наклона орбиты эти два тела столкнуться

немогут .

Тольконесчастливая случайность помешала открыть Плутон в

1919г. астрономам обсерватории Маунт Вилсон. В это время Милтон Хьюмасон попоручению Уильяма Пикеринга (1858 -1938),

которыйнезависимо осуществил вычисления предполагаемого положения планеты,сфотографировал области вокруг предсказанного положения планеты и действительнополучил изображение планеты на некоторых пластинках. Однако изображение Плутонана одной из двух лучших пластинок попало как раз на небольшой брак эмульсии (напервый взгляд оно казалось частью этого брака), в то время как на другойплзстинке изображение планеты оказалось частично наложенным на какую-то звезду! Даже в 1930 г., когда положение планеты в 1919 г. было довольно хорошоизвестно из вычисленной орбиты, с трудом удалось отождествить те изображенияПлутона, которые были получены 11 лет назад.

Еслитолько Плутон не обладает фантастически большой плот-

ностьюили же не является исключительно плохим отражателем

света,то его масса недостаточно велика, чтобы вызывать те откло-

ненияв движении Нептуна, на основе которых было предсказано

существованиеПлутона. Вот почему многие астрономы ныне пола-

гают,что открытие Плутона было случайным. Тем не менее от-

крытие,последовавшее в результат неустанных поисков планеты,

представляетсобой еще один шаг на пути прогресса науки. Все со-

трудникиобсерватории Лоуэлла достойны высшей похвалы за свою

кропотливуюработу и полученные результаты.

Томбораспространил начатые на обсерватории Лоуэлла по-

искина все небо, но установил, что в пределах, доступных наблю-

дениямс 13-дюймовым телескопом, больше планет нет. Если другие

планетыи существуют, то они должны или находиться гораздо

дальшеили быть гораздо меньше. Продолжение поисков гораздо более слабых планет содним из больших телескопов, например, с

5-метровым,неоправданно с практической точки зрения. Чем больше телескоп, темпропорционально меньшую область неба он фотографирует. Поиски по всему небу сохватом всех объектов, блеск которых является предельным для наблюдения с5-метровым телескопом, потребовали бы его непрерывного использования в течениивсех безлунных ночей на протяжении долгих веков. Поэтому открытие планет,возможно, и существующих за орбитой Плутона, представляется весьма труднымделом, если только не сыграет роли какой-либо счастливый случай или же не будутприменены новые методы наблюдений. Для радиолокационных телескопов такиерасстояния слишком велики. Большой оптический телескоп, запущенный вмежпланетное пространство или установленный на Луне и работающий в сочетании стелевизионной техникой и автоматической аппаратурой, предназначенной дляпоисков планет, возможно, и мог бы способствовать успеху, однако некоторыеастрономы вообще сомневаются в том, что будут найдены еще какие-то планетызначительных размеров .

Самаядалекая от Солнца из всех открытых до сих пор планет со-

вершенноне похожа на другие планеты, находящиеся во внешних

областяхсолнечной системы. Чужестранцем-карликом выглядит

Плутонсреди планет-гигантов. Наши сведения о Плутоне весьми

ограничены;помимо орбиты, а следовательно, и расстояния нам

известныего блеск и цвет, но масса Плутона неизвестна. Согласно определению Койперавидимый диаметр Плутона равен 0”,2 — 0”,3, что соответствует примерно5800 км.Если считать, что масса Плутона хотя бы примерно соответствует вычисленной

величине(0,8 массы Земли), то средняя плотность планеты по-

лучаетсябольше плотности золота! Так как металлы и другие вещества, плотность которыхвыше, чем у железа, по-видимому, встречаются в звездах, так же как и на Земле, внебольших количествах, представляется совершенно невероятным, чтобы плотностьПлутона была гораздо выше плотности железа, которая в 7,8 раза выше плотностиводы. Очевидно, или его масса или диаметр определены с большой ошибкой. Еслипредположить, что плотность Плутона близка к плотности Земли, то этопредположение с неизбежностью влечет за собой увеличение

егодиаметра вдвое, но так как такой диаметр вполне измерим, мы

вынужденывместе с Брауэром и Клеменсом сделать вывод, что

массаПлутона определена пока еще ненадежно.

Совершенноиное объяснение тем же данным о Плутоне предложил Олтер, согласно которомудиаметр Плутона больше его видимого диаметра, но благодаря тому, что планетаимеет довольно гладкую поверхность, солнечный свет отражается лишь от еенебольшой центральной области. Так, например, отполированные сферические илиовальные поверхности при освещении их точечным источником света дают от6леск сконцентрацией света к центру поверхности. Однако объяснение Олтера все же нерешает проблемы довольно слабого блеска Плутона. Если бы Плутон имелотражательную способность столь же низкую, как Луна, альбедо которой равно0,07, то и тогда он должен был бы выглядеть вдвое более ярким, чем наблюдаетсяв действительности. В результате мы вынуждены сделать маловероятный вывод отом, что поверхность у Плутона довольно гладкая, но ее отражательнаяспособность равна всего 3 — 4%.

Таккак температура Плутона, по-видимому, ниже 220(С

т.е. всего лишь на каких-нибудь 50 — 60( выше температуры абсолютного нуля, то наего поверхности большинство обычных

газовдолжно было перейти в жидкое состояние или замерзнуть .

Можно,конечно, представить себе, что Плутон покрыт океаном

изжидкого (или твердого) кислорода (если бы кислород не был столь химическиактивен) или из азота, а водород и гелий, которые могли бы остаться на Плутонегазообразными, поэтому, вероятно, отсутствуют.

Хотяи можно представить себе, что отражательная способность поверхности планетыблагодаря наличию льда из кристаллов

аммиакаи других распространенных соединений будет довольно

высокой, мы все же на практике должны быть готовы к тому, что эта поверхность подобнолунной, вследствие выпадения на нее

метеоритногои кометного вещества в особенности на ранних этапах истории планеты, довольнонеровная. Судя по желтовато-белой окраске, можно утверждать, что поверхностьПлутона покрыта не слишком пигментными материалами. Поэтому очень трудносогласиться с предположением Олтера о сравнительно гладкой поверхности Плутонав сочетании с рекордно низким значением альбедо .

Вероятно,Плутон является бесплодным холодным небольшим

шаром;диаметр его немного меньше половины диаметра Земли, а

альбедопорядка 0,15, т. е. вдвое больше альбедо Луны. Безусловно, эта планетанегостеприимна для пребывания на ней человека; смертельно холодная  ночь прододжаегся там 76,5 часа, а вслед занею наступает такой же длинный день, но и днем блеск Солнца будет в 1600 разслабее, чем на Земле.

Высказывалосьдаже предположение, что Плутон—вообще

ненастоящая планета, а всего лишь спутник, потерянный Нептуном.

Однакоэтот вопрос не может быть разрешен, пока мы не будем

располагатьбольшими сведениями о механизме появления у планет

спутников.

еще рефераты
Еще работы по химии