Особенность природы планет-гигантов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нет человека, который, взглянув на ночное небо, не задумался бы о том, что нас окружает, одни ли мы во Вселенной, что происходит там, в космосе? Астрономия - одна из самых увлекательных и прекрасных наук о природе - исследует не только настоящее, но и далёкое прошлое окружающего нас мира, а также позволяет нарисовать научную картину будущего Вселенной.

Астрономия - древнейшая из наук и самая молодая. Волнующие открытия достигаются сегодня с помощью самых сложных приборов и методов. И, тем не менее, преданные делу любители могут ещё внести в астрономию важный вклад. Школьный учебник даёт нам только основы астрономии. Чтобы усвоить учебный материал необходимо разобраться в каждом астрономическом явлении и процессе, понять основные особенности различных типов небесных тел, а для этого нужно выяснить их основные внешние признаки, получить представление о методах исследования, вникнуть в сущность наблюдаемого, познакомиться с философским, научным и практическим значением исследования тех или иных космических явлений и объектов.

Я думаю, что работа над рефератом поможет мне более глубоко усвоить материал, полученный на уроках астрономии, приобрести полезные навыки работы с книгой и другими источниками информации, так как придётся обращаться к дополнительной научно-популярной литературе по астрономии.

При самостоятельном изучении этой интересной науки нужно использовать многочисленные книги, журналы, справочники и собственные наблюдения, с помощью которых можно получить дополнительные сведения о Вселенной. Наблюдения - важнейший помощник в получении информации о небесных телах, в том числе и планетах. Невооружённым глазом можно увидеть пять планет - Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн, из которых меня больше интересуют Юпитер и Сатурн, так как мой реферат посвящён изучению этих планет-гигантов. Планету по внешнему виду нелегко отличить от звезды - она не всегда бывает значительно ярче её. Но планеты относятся к числу тех светил, которые участвуют в суточном вращении небесной сферы и смещаются на фоне зодиакальных созвездий. С этой особенностью планет связано само слово «планета», которым древние греки называли «блуждающие» светила.

Планеты-гиганты наиболее удалённые планеты от Солнца и наименее изученные. Поэтому, я думаю, что моя работа с дополнительными источниками информации поможет мне больше узнать об этих планетах, об их природе, особенностях и истории их открытия. А также мой реферат, я надеюсь, будет интересен и тем, кто его прочитает.

Общая характеристика планет-гигантов

Планеты (от греч. planetes -- блуждающий), наиболее массивные тела Солнечной системы, движутся по эллиптическим орбитам вокруг Солнца, светятся отраженным солнечным светом. Расположение планет в направлении от Солнца: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) близки по размерам и химическому составу, средняя плотность их вещества от 5,52 до 3,97 г/см3; у планет-гигантов Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна средняя плотность вещества 1,4 г/см3, т. е. близка к солнечной.

Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун представляют юпитерову группу планет, или группу планет-гигантов. Все эти планеты имеют большие размеры и массы. Они очень быстро вращаются вокруг своих осей, причём экваториальные зоны планет- гигантов вращаются быстрее, чем полярные. Результат быстрого вращения - большое сжатие планет-гигантов. Эти планеты находятся далеко от Солнца и на них всегда господствуют низкие температуры. Планеты-гиганты отличаются большим числом спутников. Замечательная особенность планет-гигантов - кольца, которые есть не только у Сатурна, но и у Юпитера, Урана, Нептуна. Они все не имеют твёрдых поверхностей и у них малые средние плотности. Планеты-гиганты состоят в основном из лёгких элементов - водорода и гелия. Уже довольно давно установили, что атмосферы планет-гигантов состоят из метана, аммиака, водорода, гелия. Вполне естественно, что среди планет-гигантов лучше всего изучены две ближайшие к нам -- Юпитер и Сатурн.

Юпитер

а) Общая характеристика

Юпитер - вторая по яркости после Венеры планета Солнечной системы. Но если Венеру можно видеть только утром или вечером, то Юпитер иногда сверкает всю ночь. Из-за медленного, величественногоперемещения этой планеты древниегреки дали ей имя своего верховного бога Зевса; в римском пантеоне ему соответствовал Юпитер.

Дважды Юпитер сыграл важную роль в истории астрономии. Он стал первой планетой, у которой были открыты спутники. В 1610г. Галилей, направив телескоп на Юпитер, заметил рядом с планетой четыре звёздочки, не видимые простым глазом. На следующий день они изменили своё положение и относительно Юпитера, и относительно друг друга. Наблюдая за этими звёздамиГалилей заключил, что наблюдает спутники Юпитера, образовавшиеся вокруг него как центрального светила. Это была уменьшенная модель Солнечной системы. Быстрое и хорошо заметное перемещение галилеевых спутников Юпитера - Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто - делает их удобными «небесными часами», и моряки долгое время пользовались ими, чтобы определять положение корабля в открытом море.

Юпитер - это планета-гигант, которая содержит в себе более 2/3 всей нашей планетной системы. Масса Юпитера равна 318 земным. Его объем в 1300 раз больше, чем у Земли. Средняя плотность Юпитера 1330 кг/м^3, что сравнимо с плотностью воды и в четыре раза меньше, чем плотность Земли. Видимая поверхность планеты в 120 раз превосходит площадь Земли. Юпитер представляет собой гигантский шар из водорода, практически его химический состав совпадает с солнечным. А вот температура на Юпитере ужасающе низкая: -- 140°С. Юпитер быстро вращается (период вращения 9ч. 55мин. 29с.). Из-за действия центробежных сил планета заметно расплющилась, и её полярный радиус стал на 4400км меньше экваториального, равного 71400км. Магнитное поле Юпитера в 12 раз сильнее земного.

б) Атмосфера

Атмосфера Юпитера представляет собой огромную бушующую часть планеты, состоящую из водорода и гелия. Механизм, приводящий в действие общую циркуляцию на Юпитере, такой же, как и на Земле: разность в количестве тепла, получаемого от Солнца на полюсах и экваторе, вызывает возникновение гидродинамических потоков, которые отклоняются в зональном направлении кориолисовой силой. При таком быстром вращении, как у Юпитера, линии тока практически параллельны экватору. Картина усложняется конвективными движениями, которые более интенсивны на границах между гидродинамическимипотоками, имеющими разную скорость. Конвективные движения выносят вверх окрашивающее вещество, присутствием которого объясняется слегка красноватый цвет Юпитера. В области темных полос конвективные движения наиболее сильны, и это объясняет их более интенсивную окраску.

Так же как и в земной атмосфере, на Юпитере могут формироваться циклоны. Оценки показывают, что крупные циклоны, если они образуются в атмосфере Юпитера, могут быть очень устойчивы (время жизни до 100 тысяч лет). Вероятно, Большое Красное пятно является примером такого циклона. Изображения Юпитера, полученные при помощи аппаратуры, установленной на американских аппаратах «Пионер-10» и «Пионер-11», показали, что Красное пятно не является единственным образованием подобного типа: имеется несколько устойчивых красных пятен меньшего размера. Спектроскопическими наблюдениями было установлено присутствие в атмосфере Юпитера молекулярного водорода, гелия, метана, аммиака, этана, ацетилена и водяного пара. По-видимому, элементный состав атмосферы (и всей планеты в целом) не отличается от солнечного (90% водорода, 9% гелия, 1% более тяжелых элементов). Инфракрасная яркостная температура Юпитера, измеренная в интервале 8 - 14мк., равна в центре диска 128 - 130К. Яркостная температура 130К заметно выше, чем равновесная, то есть такая, которую должно иметь тело, светящееся только за счет переизлучения солнечной радиации. Расчеты, учитывающие измерение отражательной способности планеты приводят к равновесной температуре около 100К. Существенно, что величина яркостной температуры около 130К была получена не только в узком диапазоне 8 - 14мк, но и далеко за его пределами). Наличие большого потока внутреннего тепла означает, что температура довольно быстро растет с глубиной. Согласно наиболее вероятным теоретическим моделям она достигает 400К на глубине 100км ниже уровня верхней границы облаков, а на глубине 500км - около 1200К. А расчеты внутреннего строения показывают, что атмосфера Юпитера очень глубокая - 10000км, но надо отметить, что основная масса планеты (ниже этой границы) находится в жидком состоянии. Водород при этом находится в вырожденном, что то же самое, в металлическом состоянии (электроны оторваны от протонов). При этом в самой атмосфере водород и гелий, строго говоря, находятся в сверхкритическом состоянии: плотность в нижних слоях достигает 0,6-0,7г/см і, и свойства скорее напоминают жидкость, чем газ. В самом центре планеты (по расчетам на глубине 30000км), возможно, находится твердое ядро из тяжелых элементов, образовавшееся в результате слипания частиц металлов и каменных образований.

в) Кольцо Юпитера

Юпитер преподносит много сюрпризов: он генерирует мощные полярные сияния, сильные радиошумы, возле него межпланетные аппараты наблюдают пылевые бури - потоки мелких твердых частиц, выброшенных врезультате электромагнитных процессов в магнитосфере Юпитера. Мелкие частицы, которые получают электрический зарядпри облучении солнечным ветром, обладают очень интересной динамикой: являясь промежуточным случаем между макро и макротелами, они примерно одинаково реагируюти на гравитационные и на электромагнитныеполя. Именно из таких мелких каменных частиц, в основном состоит кольцо Юпитера, открытое в марте 1979 года (косвенное обнаружениекольцав 1974г. по данным «Пионера» осталось непризнанным). Его главная часть имеет радиус 123-129тыс. км. Это плоское кольцо около 30км толщиной и очень разреженное - оно отражает лишь несколько тысячных долей процента падающего света. Более слабые пылевые структуры тянутся от главного кольца к поверхности Юпитера и образуют над кольцом толстое гало, простирающееся до ближайших спутников. Увидеть кольцо Юпитера с Земли практически невозможно: оно очень тонкое и постоянно повернуто к наблюдателю ребром из-за малогонаклона оси вращения Юпитера к плоскости его орбиты.

г) Внутренние и внешние спутники Юпитера

У Юпитера обнаружено 16 лун. Две из них - Ио и Европа - размером с нашу Луну, а другиедве - Ганимед и Каллисто - превзошли ее подиаметрупримерно в полтора 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 небе Юпитера как яркий красноватый диск (или полумесяц) лунных размеров, Европа, Ганимед и Каллисто выглядят в несколько раз меньше Луны. Владения Юпитера довольно обширны: восемь внешних спутников настолько удалены от него, что их нельзя было бы наблюдать с самой планеты невооруженным глазом. Происхождениеспутников загадочно: половина из них движется вокруг Юпитера в обратную сторону(по сравнению с обращением других 12 спутников и направлением суточного вращения самой планеты). Самый внешний спутник Юпитера в 200 раз дальше от него, чем самый близкий. Например, если высадиться на один из ближайших спутников, то оранжевый диск планеты займет полнеба. А с орбиты самого дальнего спутника диск гиганта Юпитера будет выглядеть почти в два раза меньше лунного Спутники Юпитера - это интереснейшие миры, каждый со своим лицом и историей, которые открывались нам только в космическую эру

Ио

Это самый близкий к Юпитеру галилеев спутник, он удален от центрапланеты на 422тыс.км, т.е. чуть дальше, чем Луна от Земли. Благодаря огромной массе Юпитера период обращен ия Ио гораздо короче лунного месяца и составляет всего 42,5ч. Для наблюдателя в телескоп это самый непоседливый спутник: практически каждый день Ио видна на новом месте, перебегая с одной стороны Юпитера на другую. По массе и радиусу (1815км) Ио похожа на Луну. Самая сенсационная особенность Ио заключается в том, что она вулканически активна! На ее желто-оранжевой поверхности «Вояджеры» обнаружили 12 действующих вулканов, извергающих султаны высотой до 300км. Основной выбрасываемыйгаз - диоксид серы, замерзающий потом на поверхности в виде твердого белого вещества.

Доминирующим оранжевым цветом спутник обязан соединениям серы. Вулканически активные области Ио нагреты до 300°С. Вулканическая активность Ио обусловлена гравитационным влиянием на нее других тел системы Юпитера. Прежде всего, сама гигантская планета своим мощным тяготением создала два приливных горба на поверхности спутника, которые затормозили взращен ие Ио, так что она всегда обращена к Юпитеру одной стороной - как Луна к Земле. Орбита Ио не является точным кругом, горбы слегка перемещаются по её поверхности, что приводит к разогреванию внутренних слоевпланеты. Ударные кратеры на Ио о отсутствуют из-за интенсивной вулканической переработки поверхности. На ней есть каменные массивы высотой до 9км. Плотность Ио довольно высока -3000кг/м^3. Под частично расплавленной оболочкой из силикатов в центре спутника расположено ядро с большим содержанием железа и его соединений.

Европа

Европа имеет радиус чутьменьше, чем у Ио - 1569км. Из галилеевых спутников у Европы самая светлая поверхность с явными признаками водяного льда. Существует предположение о том, что под ледяной коркой существует водный океан, а под ним твердое силикатное ядро. Плотность Европы очень высока - 3500кг/м3. Этот спутник удален от Юпитера на 671000км. Геологическая история Европы не имеет ничего общего с историей соседних спутников. Европа одно из самых гладких тел в солнечной системе: на ней нет возвышенностей более ста метров высотой. Вся ледяная поверхность спутника покрыта сетью полос огромной протяженностью. Темные полосы длиной в тысячи километров - это следы глобальной системы трещин по всей Европе. Существование этих трещин объясняется тем, что ледяная поверхность достаточно подвижна и неоднократно раскалывалась от внутренних напряжений и крупномасштабных тектонических процессов.

Ганимед

Ганимед является крупнейшим спутником планет в Солнечной системе, его радиус равен2631км. Плотность мала, по сравнению с Ио и Европой, всего 1930кг/м3. Удаленность от Юпитера составляет 1,07млн.км. Всю поверхность Ганимеда можно разделить на две группы: первая, занимающая 60% территории, представляет собой странные полосы льда, порожденные активными геологическими процессами 3,5 млрд. лет назад; вторая, занимающая остальные 40%, представляет собой древнюю мощную ледяную кору, покрытую многочисленными метеоритными кратерами, нужно также отметить, что эта кора было частична разломлена и обновлена теми же процессами, что и упомянутые выше. С точки зрения космического геолога Ганимед - самое привлекательное тело среди спутников Юпитера. Он имеет смешанный силикатно-ледяной состав: мантию из водяного льда и каменное ядро. Его плотность 1930 кг\м^3. В условиях низких температур и высоких внутренних давлений водяной лёд может существовать в нескольких модификациях с различными типами кристаллической решётки. Богатая геология Ганимеда во многом определяется сложными переходами между этими разновидностями льда. Поверхность спутника припорошена слоем рыхлой каменно-ледяной пыли толщиной от нескольких метров до нескольких десятков метров.

Каллисто

Это второй по величине спутник в системе Юпитера, его радиус 2400км. Среди галилеевых спутников Каллисто самый дальний: расстояние от Юпитера 1,88 млн. км, период вращения составляет 16,7 суток. Плотность силикатно-ледяной Каллисто мала - 1830кг/м3. Поверхность Каллисто до предела насыщена метеоритными кратерами. 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 кратер диаметром 350км, а в радиусе 2000км от него концентрическими кругами располагаются горные хребты. У Юпитера внутри орбиты Ио открывается несколько маленьких спутников. Три из них - Метида, Адрастея и Теба - обнаружены с помощью межпланетных станций, и о них известно немного. Метида и Атрастея (их диаметры 40ответственно) движутся по краю главного кольца Юпитера, по одной орбите радиусом 128000км. Эти самые быстрые спутники делают оборот вокруг гиганта Юпитера за 7ч. со скоростью свыше 100000км /ч. Более удалённый спутник Теба расположен посередине между Ио и Юпитером - на расстоянии 222тыс. км от планеты; его диаметр около 100км. Наиболее крупный внутренний спутник Амальтерея имеет неправильную форму (размеры 270*165*150 км) и покрыт кратерами; он состоит из тугоплавких пород тёмно-красного цвета. Амальтелия обнаружена американским астрономом Эдуардом Бернардом в 1892г. и стала пятым по счету открытым спутником Юпитера. Вращается она по орбите радиусом 181 тыс.км. Внутренние спутники Юпитера и его четыре главные луны расположены вблизи плоскости экватора планеты на почти круговых орбитах. У орбит этих восьми спутников эксцентрисеты и наклонения настолько малы, что ни один из них не отклоняется от «идеальной» круговой траектории более чем на один градус. Такие спутники называются регулярными.

Сатурн

а) Атмосфера и облачный слой

Всякий, кто наблюдал планеты в телескоп, знает, что на поверхности Сатурна, то есть на верхней границе его облачного покрова, заметно мало деталей и контраст их с окружающим фоном невелик. Этим Сатурн отличается от Юпитера, где присутствует множество контрастных деталей в виде темных и светлых полос, волн, узелков, свидетельствующих о значительной активности его атмосферы. Возникает вопрос, действительно ли атмосферная активность Сатурна (например, скорость ветра) ниже, чем у Юпитера, или же детали его облачногопокрова просто хуже видны с Земли из-за большего расстояния (около 1,5млрд.км.) и более скудного освещенияСолнцем(почтив 3,5 раза слабее освещения Юпитера)? «Вояджерам» удалось получить снимки облачного покрова Сатурна, на которых отчетливо запечатлена картина атмосферной циркуляции: десятки облачных поясов, простирающихся вдоль параллелей, а также отдельные вихри.

Обнаружен, в частности, аналог Большого Красного Пятна Юпитера, хотя и меньших размеров. Установлено, что скорости ветров на Сатурне даже выше, чем на Юпитере: наэкваторе480м/с, или1700км/ч. Число облачных поясов больше, чем на юпитере, и достигают они более высоких широт. Таким образом, снимки облачности демонстрируют своеобразие атмосферы Сатурна, которая даже активнее юпитерианской. Метеорологические явления на Сатурне происходят при более низкой температуре,нежелив земной атмосфере. Поскольку Сатурн в 9,5 раз дальше от Солнца, чем Земля, он получает в 9,5=90 раз меньше тепла. Температура планеты на уровне верхней границы облачного покрова, где давление равно 0,1атм., составляет всего 85 К, или -188С. Интересно, что за счет нагревания одним Солнцем даже такой температурыполучить нельзя. Расчет показывает: в недрах Сатурна имеется свой собственный источник тепла, поток от которого в 2,5 раза больше, чем от Солнца. Сумма этих двух потоков и дает наблюдаемую температуру планеты. Космические аппараты подробно исследовали химический состав надоблачной атмосферы Сатурна. В основной она состоит почти на 89%из водорода. На втором месте гелий (около 11% по массе).

б) Кольца

C Земли в телескоп хорошо видны три кольца: внешнее, средней яркости кольцо А; среднее, наиболее яркое кольцо В и внутреннее, не яркое полупрозрачное кольцо С, которое иногданазываетсякреповым. Кольца чуть белее желтоватого диска Сатурна. Расположены они в плоскостиэкватора планеты и очень тонки: при общей ширине в радиальном направлении примерно 60тыс.км. они имеют толщину менее 3км. спектроскопически было установлено, что кольца вращаются не так,как твердое тело, -- с расстоянием от Сатурна скорость убывает. Более того, каждаяточка колец имеет такую скорость, какую имел бы на этом расстоянии спутник, свободно движущийся вокруг Сатурна по круговой орбите. Отсюда ясно: кольца Сатурна по существу представляют собой колоссальное скопление мелких твердых частиц, самостоятельно обращающихся вокруг планеты. Размеры частиц столь малы, что их не видно не только в земные телескопы, но и с борта космических аппаратов.

Характерная особенность строения колец - темные кольцевыепромежутки(деления),гдевеществаочень мало. Самое широкое из них ( 3500 км ) отделяет кольцо В от кольца А и называется «делениемКассини » в честь астронома, впервые увидевшего его в 1675 году. При исключительно хороших атмосферных условиях таких делений с Земли видно свыше десяти. Природа их, по-видимому, резонансная. Так, деление Кассини - это область орбит, в которой период обращения каждой частицы вокруг Сатурна ровно вдвое меньше, чем у ближайшего крупного спутника Сатурна -- Мимаса. Из-за такого совпадения Мимас своимпритяжением как бы раскачивает частицы, движущиеся внутри деления, и в конце концов выбрасывает их оттуда .Помимо колец А,В и С «Вояджеры» обнаружили еще четыре: D,E,Fи G. Все ониочень разрежены и потому неярки. Кольца D и E с трудом видны с Земли при особо благоприятных условиях; кольца F и G обнаружены впервые. Порядок обозначения колец объясняется историческими причинами, поэтому он не совпадает с алфавитным. Если расположить кольца по мере их удаления от Сатурна, то мы получим ряд: D,C,B,A,F,G,E.

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. Плотность вещества в кольце E возрастает по направлению к орбите спутника Сатурна Энцелада. Возможно, Энцелад - источник вещества этого кольца. Частицы колец Сатурна, вероятно, ледяные, покрытые сверху инеем. Это было известно еще из наземных наблюдений, и бортовые приборы космических аппаратов лишь подтвердили правильность такого вывода. Размеры частиц главных колец оценивались из наземных наблюдений в пределах от сантиметров до метров (естественно, частицы не могут быть одинаковыми по величине: не исключается также, что в разных кольцах типичный поперечник частиц различен В кольце В обнаружили новый структурный элемент - радиальные образования, получившие названия «спиц» из-за внешнегосходствасо спицамиколеса.

Они также состоят из мелкой пыли и расположены над плоскостью кольца. Не исключено, что «спицы» удерживаются там силами электростатического отталкивания. Любопытно отметить: изображения «спиц» были найдены на некоторых зарисовках Сатурна, сделанных еще в прошлом веке. Но тогда никто не придал им значения. Исследуя кольца, «Вояджеры» обнаружилинеожиданным эффект - многочисленные кратковременные всплески радиоизлучения, поступающего от колец. Это не что иное, как сигналы от электростатических разрядов -- своего рода молнии не повлияли. Точность же составила 1,7х10м.

в) Спутники Сатурна

Если до полетов космических аппаратов к Сатурну было известно 10 спутников планеты, то сейчас мы знаем 22, названные, в основном, в честь героев античных мифов о титанах и гигантах. Новые спутники весьма малы, но тем не менее некоторые из них оказывают серьезное влияние на динамику системы Сатурна.Таков, например, маленький спутник, движущийся у внешнего края кольца А; он не дает частицам кольца выходить за пределы этого края. Это Атлас. Титан является вторым по величине спутником в СолнечнойСистеме. Его радиус равен 2575клм. Его масса составляет 1,346х10грамм (0,022 массы Земли), а средняя плотность 1,881 г/см. Это единственный спутник, обладающий значительной атмосферой, причем его атмосфера плотнее, чем у любой из планет земной группы, исключая Венерурно неизвестно. планета спутник юпитер атмосфера

Конвекция преобладает повсюду, кроме внешней оболочки. Япете. Возможно, что самый таинственный из спутников Сатурна, Япете, является единственным по интервалу альбедо его поверхности - от 0,5 (типичное значение для ледяных тел) до0,05 в центральных частях его ведущего по ходу обращения полушария. «Вояджером -- 1» были получены изображения с максимальным разрешением 50 км/пара линий, показывающие в основном полушарие, обращенное к Сатурну, и границу между ведущей (темной) и ведомой (светлой) сторонами Характернойчертой границы между темной и светлой областями на Япете является существование многочисленных кратеров с темным дном насветломвеществеиотсутствиена темном веществе кратеров со светлымдном или кратеров с гало (или других белых пятен). Плотность Япета, равная1,16+0,09г/смхарактерна для ледяных Спутников Сатурна и согласуется с моделями, в которых водяной лед является главнойсоставляющей.Белл считает, что темное вещество является основным компонентом исходного конденсата, из которого образовался.

Япет

Рея - почти двойник Япета по размерам, но без его темного вещества, Рея может представлять собой относительно простой прототипледяного спутника внешних областей Солнечной системы. Диаметр Реи 1530км, а плотность 1,24+0,05 г/см. Ее геометрическое альбедо равно 0,6 и оказывается подобным альбедо полюсов и ведомого полушария Япета. Выяснилось, что плотности внутренних спутников Сатурна - от Мимаса до Реи, а также Япета - близки к плотности воды: от 1,0 до 1,4 г/см.. Есть основания полагать, что эти спутники главнымобразом,и состоятизводы (конечно, не жидкой, так как их температура около-180С). Тефия, плотность которой 1г/см, особенно похожа на кусок чистого льда. В других спутниках также должна иметься большая или меньшая примесь каменистых веществ. «Вояджеры» подходили к спутникам Сатурна так близко, что удалось не только определить диаметры спутников, но и передать на Землю изображения их поверхности. Уже составлены первые карты спутников. Наиболее распространенные образования на их поверхности - кольцевые кратеры, подобные лунным. Происхождение кратеров ударное: летящее в межпланетном пространстве метеорное тело сталкивается соспутником, его космическая скорость почти мгновенно падает до нуля, кинетическая энергия переходит в тепло. Происходит взрыв с образованием кольцевого кратера.

Уран

а) Общие сведения

Уран -- седьмая планета от Солнца и третья по размеру. Интересно, что Уран хоть и больше в диаметре, но меньше массой, чем Нептун. Уран иногда едва видим невооруженным глазом в очень ясные ночи; его нетрудно отождествить в бинокль (если Вы знаете точно, куда смотреть). Небольшой астрономический телескоп покажет небольшой диск. Расстояние от Солнца 2870990000км (19.218а.е.), экваториальный диаметр: 51,118км, в 4 раза больше земного, масса: 8.686.1025кг , 14 масс Земли. Период обращения вокруг Солнца -- 84 с четвертью года. Средняя температура на Уране -- около 60-ти Кельвино.

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

б) Химический состав, физические условия и строение Урана

Уран сформировался из первоначальных твердых тел и различных льдов (подо льдами здесь 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 большей части, -- водород). Метан, ацетилен и другие углеводороды существуют в значительно больших количествах, чем на Юпитере и Сатурне. Толстый слой (дымка) -- фотохимический смог -- обнаруживается вокруг освещенного Солнцем полюса. Освещенный Солнцем полушарие также излучает больше ультрафиолета. Инструменты “ Вояждера ” обнаружили отчасти более холодную полосу между 15 и 40-ка градусами широты, где температура на 2-3K ниже. Синий цвет Урана является результатом поглощения красного света метаном в верхней части атмосферы. Вероятно, существуют облака других цветов, но они прячутся от наблюдателей перекрывающим слоем метана. Атмосфера Урана (но не Уран в целом!) состоит примерно из 83% водорода, 15% гелия и 2% метана. Подобно другим газовым планетам, Уран имеет полосы облаков, которые очень быстро перемещаются. Но они чрезвычайно плохо различимы и видимы только на снимках с большим разрешением, сделанные “Вояджером- 2” Уран не имеет твердого ядра, и вещество более или менее единообразно распространено по всему объему планеты. Это отличает Уран (да и Нептун тоже) от его более крупных родственников. Возможно, эта обедненность легкими газами -- следствие недостаточной массы зародыша планеты, и в ходе образования, Уран не смог удержать возле себя большее количество водорода и гелия. А может быть, в этом месте зарождающейся планетной системы вовсе не было столько легких газов, что, конечно, в свою очередь, тоже требует объяснений. Как видно, ответы на вопросы, связанные с Ураном, могут пролить свет на судьбу всей Солнечной системы!

в) Кольца Урана

Подобно другим газовым планетам, Уран имеет кольца. Кольцевая система была обнаружена в 1977-м году во время покрытия Ураном звезды. Наблюдалось, что звезда 5 раз ослабляла на краткий промежуток времени свой блеск перед покрытием и после него, 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, что девять основных колец погружены в мелкую пыль. Подобно кольцам Юпитера, они очень неярки, но, как и кольца Сатурна, кольца Урана содержат много довольно больших частиц, размеры их колеблются от 10метров в диаметре до мелкой пыли.

г) Спутники Урана

Уран имеет 17 известных спутников. До недавнего времени их насчитывали 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). В 1997-м году с помощью 5-метрового Паломарского телескопа группой канадских ученых были обнаружены еще два крохотных и слабых по яркости спутника. На комбинации снимков телескопа имени Хаббла видно движение со временем спутников Урана. Нетрудно отличить характер этого видимого движения от смещения попадающих в поле зрения звезд. Предварительный анализ показывает, что пять больших спутников -- совокупность ледяных глыб. Большие спутники Урана на 50 процентов состоят из водяного льда, на 20 процентов - из углеродных и азотных соединений, на 30 процентов - из разных соединений кремния - силикатов. Их поверхности, почти монотонно темно-серые, носят следы геологической истории.

Титания, например, выделяется огромными системами трещин и каньонами, что указывает на некоторый период активной геологической деятельности в прошлом этого спутника. Эти детали могут являться результатом тектонических перемещений коры.

Ариель имеет ярчайшую и, возможно, геологически самую молодую поверхность в спутниковой системе Урана. Она, в основном, лишена кратеров, больших, чем 50клм. в диаметре. Это указывает на то, что имеющиеся в околоурановом пространстве мелкие метеоры сглаживают, при падении на поверхность, крупные рельефные образования. Поверхность Умбриэль древняя и темная, очевидно, она была подвержена немногим геологическим процессам. Темные тона поверхности Умбриэль могут являться следствием покрытия пылью и небольшими обломками когда-то находившихся в окрестностях орбиты этого спутника. Оберон, самый внешний из пяти больших спутников, также имеет старую, покрытую кратерами поверхность, с неяркими следами внутренней деятельности.

Нептун

а) Общие сведения

Нептун - восьмая планета от Солнца, большая планета Солнечной системы, относится к планетам - гигантам. Ее орбита пересекается с орбитой Плутона в некоторых местах. Еще орбиту Нептуна пересекает комета Галилея. Астрологический знак Нептуна J .Нептун движется вокруг Солнца по эллиптической, близкой к круговой (эксцентриситет 0, 009), орбите; его среднее расстояние от Солнца в 30, 058 раз больше, чем у Земли, что составляет примерно 4500 млн. км. Это значит, что свет от Солнца доходит до Нептуна немногим более чем за 4 часа. Продолжительность года, то есть время одного полного оборота вокруг Солнца 164,8 земных лет. Экваториальный радиус планеты 24750км., что почти в четыре раза превосходит радиус Земли, притом собственное вращение настолько быстрое, что сутки на Нептуне длятся всего 17,8 часов. Хотя средняя плотность Нептуна, равная 1,67 г/см3, почти втрое меньше земной, его масса из-за больших размеров планеты в 17,2 раза больше, чем у Земли. Нептун выглядит на небе как звезда 7,8 звездной величины (недоступна невооруженному глазу); при сильном увеличении имеет вид зеленоватого диска, лишенного каких-либо деталей. Нептун удален от Солнца на 30а.е., диаметр планеты -- 49,5 тыс. км, что около 4-х земных, масса -- около 17 масс Земли. Период обращения вокруг центрального светила -- 165 неполных лет. Средняя температура -- 55 К. В римской мифологии Нептун (Греч. Посейдон) был богом моря На сегодняшний момент (1997-й год), Нептун -- самая далекая от нас планета С 1994-го года проводятся исследования планеты с помощью телескопа имени Хаббла. На этой паре полученных им изображений представлены два полушария Нептуна. Еще четыре снимка этого телескопа спрятано в фотоаппарате. После пролета «Вояджера-2» мимо планеты, наиболее известной деталью на Нептуне стало Большое Темное Пятно в южном полушарии. Оно в два раза меньше чем Большое Красное Пятно Юпитера (т.е. в диаметре примерно равное Земле). Ветры Нептуна несли Большое Темное Пятно к западу со скоростью 300метров в секунду. Нептун обладает магнитным полем, напряженность которого на полюсах примерно вдвое больше, чем на Земле Эффективная температура поверхностных областей 38К, но по мере приближения к центру планеты она возрастает до (12-14). 103 К при давлении 7-8 мегабар.

б) Химический состав, физические условия и строение Нептуна

Строение и набор составляющих Нептун элементов, вероятно, подобны Урану: различные «льды» или отвердевшие газы с содержанием около 15% водорода и небольшого количества гелия. Как и Уран, и в отличие от Юпитера с Сатурном, Нептун, возможно, не имеет четкого внутреннего расслоения. Но наиболее вероятно, у него есть небольшое твердое ядро (равное по массе Земле). Атмосфера Нептуна -- это, по большей части, водород и гелий с небольшой примесью метана: синий цвет Нептуна является результатом поглощения красного света в атмосфере этим газом, как на Уране Подобно типичной газовой планете, Нептун славен большими бурями и вихрями, быстрыми ветрами, дующими на ограниченных полосах, параллельным экватору. На Нептуне самые быстрые в Солнечной системе ветры, они разгоняются до 2200 км/час. Ветры дуют на Нептуне в западном направлении, против вращения планеты. Заметьте, что у планет-гигантов скорость потоков вих атмосферах увеличивается с расстоянием от Солнца Эта закономерность не имеет пока никакого объяснения. На снимках можно увидеть облака в атмосфере Нептуна. Подобно Юпитеру и Сатурну, Нептун имеет внутренний источник тепла -- он излучает более чем в два с половиной раза больше энергии, нежели получает от Солнца

в) Спутники Нептуна

У Нептуна есть 8 известных спутников: 4 маленьких, 3 средних и 1 большой

Тритон

Самый крупный из спутников, спутник Нептуна, открыт У. Ласселом (о. Мальта, 1846г.). Расстояние от Нептуна 394700км., сидерический период обращения 5сут. 21ч. 3мин., диаметр окружности 3200км. И радиус 1600км., что немногим (на 138км.) меньше радиуса Луны, хотя масса его на порядок меньше. Возможно, имеет атмосферу. Размер крупнейшего спутника планеты - Тритона - близок к размерам Луны, а в массе он уступает ей в 3,5 раза. Это почти единственный спутник. Солнечной системы, которые обращается вокруг своей планеты в противоположную сторону вращения самой планеты вокруг своей оси. Многие подозревают, что Тритон -- захваченная когда-то Нептуном самостоятельная планета. У Тритона большая отражательная способность -- 60-90% (Луна --12%), так как он большой своею частью состоит из водяного льда. У Тритона была обнаружена ничтожная газовая оболочка, давление которой на поверхности в 70.000 раз меньше земного атмосферного давления. 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

Нереида - второй по величине спутник Нептуна. Среднее расстояние от Нептуна 6,2млн.км., диаметр около 200км., и радиус 100км. Нереида - самый далекий от Нептуна спутник из известных. Она делает один виток вокруг планеты за 360 дней, т.е. почти за земной год. Орбита Нереиды сильно вытянута, ее эксцентриситет составляет целых 0,75. Наибольшее расстояние от спутника до планеты превышает наименьшее в семь раз. Нереида был открыт в 1949-м году Койпером ( США). Только Тритону посчастливилось также быть открытым с Земли в системе Нептуна.

Протеус

Этот спутник является третьим по размерам в семье спутников Нептуна. Также он является третьим по удаленности от планеты: дальше него движутся только Тритон и Нереида. Нельзя сказать, что этот спутник выделяется чем-то особенным, но тем не менее он был выбран учеными для создания его трехмерной компьютерной модели, основанной на снимках «Вояджера 2» (справа). Пожалуй, описание остальных спутников подробным делать не стоит, поскольку табличные данные о них (и то неполные), вполне исчерпывающе говорят о них как о маленьких планетках , подобных которым очень много среди спутников планет Солнечной системы. По тем немногим данным, что есть, трудно говорить об их индивидуальности. Хотя, будущее наверняка позволит некоторым из них заинтересовать астрономов.

г) Кольца Нептуна.

Нептун также имеет кольца. Они были открыты при затмении Нептуном одной из звезд в 1981-м году. Наблюдения с Земли позволили увидеть только слабые дуги вместо полных колец, но фотографии «Вояджера-2» в августе 1989-го года показали их до полного размера. Одно из колец обладает любопытной искривленной структурой. Подобно Урановым и Юпитеровым, кольца Нептуна очень темны и строение их неизвестно. Но это не помешало дать им имена: самое крайнее -- Адамс (содержащее три выделяющиеся дуги, которые почему-то окрестили Свободой, Равенством и Братством), затем -- безымянное кольцо, совпадающее с орбитой спутника Нептуна Галатеи, следом -- Леверрье (чьи внешние расширения названы Лассель и Араго ), и, наконец, слабое, но широкое кольцо Галле. Как видно, названия колец увековечили тех, кто приложил руку к открытию Нептуна .

Заключение

Небесные тела находятся в непрерывном движении, изменении и развитии. Планеты, звёзды и галактики имеют свою историю, исчисляемую миллиардами лет. Современная астрономия - фундаментальная физико-математическая наука, развитие которой неразрывно связано с научно-техническим прогрессом. Однако, астрономия не только опирается на данные других наук, но и способствует их развитию. Астрономия - одна из древнейших наук. Она возникла из практических потребностей человека раньше всех других наук. Однако этим далеко не исчерпывается в настоящее время значение астрономии. Изучение Луны и планет позволяет лучше узнать нашу Землю. В сферу деятельности людей уже включаются околоземное космическое пространство и ближайшие к Земле небесные тела. В будущем освоение космоса позволит расширить сферу обитания людей, что может облегчить решение экологических проблем. Работая над рефератом, я изучил и просмотрел большое количество дополнительной литературы, более глубоко проработал материал школьного учебника по астрономии. Я больше узнал о природе и основных характеристиках планет-гигантов, об их настоящем, прошлом и будущем. Для меня наука астрономия стала более понятной, интересной и практически необходимой. Планеты, согласно современным представлениям, могли возникнуть не только у нашего Солнца, но и у многих других звёзд. Медленное вращение вокруг осей звёзд может быть связано с тем, что вокруг них существуют планетные системы. Осмысление наблюдаемых во Вселенной объектов, явлений и процессов необходимо для правильного понимания сложной взаимосвязи микромира и мегамира, построение современной астрономической картины мира. Вселенная как бы становится грандиозной физической лабораторией, где сама природа даёт возможность изучать поведение вещества в условиях, резко отличающихся от земных. Свой реферат я хотел бы закончить словами великого учёного А.Эйнштейна: «Этот большой мир существует независимо от нас, людей, и стоит перед нами как огромная вечная загадка, доступная нашему восприятию и разуму.

Библиография

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

2. Жарков В.Н. Внутреннее строение Земли и планет, М.: Наука, 1974 год.

3. “Земля и Вселенная” N4, 1982г.

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

5. Коновалов С.Н. Планеты открытые заново, М., Наука, 1981г.

6. Куликовский Е.П. Справочник любителя и астронома, М., Наука, 1977г.

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

8. Маров М.Я.. Планеты солнечной системы. - М.: Наука, 1996 год

9. Моше Д. Астрономия. - М.: Просвещение, 1985 год

10. Система Сатурна. - М.: Мир, 1993 год

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

12. Цикл Ф.Я. Семья Солнца: планеты и спутники Солнечной системы, М.: Мир, 1984г.

13. Энциклопедия для детей. Т. 8. Астрономия /Глав. ред. М.Д. Аксенова - М.: Аванта+, 1997 год, 688с: ил.

Размещено на Allbest.ru