Планети-гіганти та їх супутники

Сатурн — найвіддаленішу планету, яку знали астрономи в стародавні часи, — назвали на честь батька головного бога Юпітера. Після винайдення телескопа виявили, що Сатурн є найкрасивішою планетою Сонячної системи, бо його казкове кільце зачаровує як дітей, так і дорослих. Сатурн не має того розмаїття кольорів, який ми спостерігаємо в атмосфері Юпітера, але структура атмосфери цих планет дуже схожа. Жовтуватого кольору верхнім шарам атмосфери Сатурна надають снігові хмари з аміаку. На глибині 300 км від верхніх шарів хмар знаходяться хмари води, де при підвищенні температури сніг перетворюється у дощ.

Середня густина Сатурна менша, ніж води, що свідчить про невелику кількість важких хімічних елементів у ядрі планети.

Сатурн, як і Юпітер, має магнітне поле, радіаційні пояси, та є джерелом радіовипромінювання.

Верхні шари хмар отримують енергію  як від Сонця, так і з глибини Сатурна. У результаті взаємодії цих потоків енергії виникають сильні вітри, що спрямовані чомусь переважно із заходу на схід і швидкість яких досягає 400 м/с. Через вітри утворюються темні смуги хмар, які розташовані паралельно екватору Сатурн теж випромінює у космос більше енергії, ніж отримує від Сонця.

Астрономи недавно виявили дефіцит  гелію в атмосфері Сатурна  в порівнянні з атмосферою Юпітера  і запропонували цікаву гіпотезу про можливе джерело його енергії. На Сатурні гелій не повністю розчиняється у водні, як це спостерігається на Юпітері, де вищі тиск і температура. У водневій атмосфері Сатурна гелій утворює краплі, які конденсуються в атмосфері як своєрідний туман і потім випадають у вигляді дощу. Такі гелієві опади у верхніх шарах атмосфери можуть бути джерелом внутрішньої енергії, бо більш густий гелій (в порівнянні з воднем) опускається ближче до центра. Таким чином, потенційна енергія крапель гелію перетворюється в кінетичну енергію, що призводить до підвищення температури в надрах. З часом гелієві дощі припиняться, тому температура на Сатурні знизиться.

Сатурн — друга планета-велетень і шоста числом планета в Сонячній системі. Майже у всьому подібна  до Юпітера Сонця з періодом 29,5 земних років на відстані близько 9,5 а. о. Зоряна доба на Сатурні триває 10 год 14 хв. Через швидке обертання він також сплюснутий біля полюсів: полярний радіус планети менший від екваторіального.

Як і в Юпітера, періоди обертання у різних широтах не однакові. Маса Сатурна в 95 разів більша за масу Землі, а сила тяжіння в 1,12 рази більша за земну.

Сатурн має на диво низьку густину, нижчу за густину води — лише 0,7 г/см³. І якби знайшовся такий велетенський океан з води, куди можна було б занурити Сатурн, він би не потонув. Така маленька густина свідчить про те, що. як і решта планет-гігантів, Сатурн переважно складається з водню і гелію.

Оскільки Сатурн знаходиться в 9,5 разів далі від Сонця, ніж Земля, то на одиницю площі він отримує в 90 разів менше тепла, ніж вона. Згідно з розрахунками температура зовнішнього шару хмарового покриву повинна становити 80 К, насправді ж температура атмосфери планети дорівнює 90 К. Отже, Сатурн, як і Юпітер, перебуває у стані повільного стискання.

На диску жовтуватого кольору  окремі деталі верхніх шарів атмосфери Сатурна проявляються значно слабкіше, ніж на Юпітері.

Та все ж при екваторіальні  смуги видно досить добре. Помітно  також, що приполярні зони здаються злегка зеленуватими. Окрім того, час від часу з’являються світлі й темні плями, завдяки яким і було визначено період обертання Сатурна. У верхніх шарах хмарового покриву спостерігаються сильні вітри, швидкість яких в екваторіальній зоні досягає 110 м/с.

Як і Юпітер, Сатурн має магнітне поле, радіаційні пояси, і є джерелом радіовипромінювання.

Серед планет-гігантів Сатурн найбільше  вражає уяву величною системою кілець,  які добре  видно  в простіший телескоп. Вони були відкриті X. Гюйгенсом ще у XVII ст. їхня площина лежить точно у площині екватора планети, нахиленій до площини екліптики під кутом 28,5°. Тому залежно від того, як зорієнтований Сатурн по відношенню до Землі, кільця видно максимально розкритими під тим же кутом, або, коли Земля знаходиться в площині кілець, їх взагалі не видно.

Кільця Сатурна мають складну  структуру. «Вояджер-1» і «Вояджер-2», які пролетіли повз Сатурн у 1980-1981 рр., передали на Землю зображення кілець з близької відстані. На фотографії видно, що кільця Сатурна складаються з сотень окремих вузьких кілець, розділених такими ж вузькими проміжками. Самі ж кільця складаються з окремих часток водяного крихкого снігу розмірами від дрібних пилинок до брил у 10-15 м завбільшки, які добре відбивають сонячне світло. Ширина кілець разом із найвіддаленішим дуже слабким кільцем, відкритим «Вояджером», становить 65 000 км, а товщина не перевищує 1 км.

Окрім кілець, Сатурн має 30 відомих  на сьогодні супутників. «Вояджери» передали на Землю зображення деяких із них. Як і всі інші тіла в Сонячній системі, що не мають атмосфери, вони вкриті безліччю кратерів. Найбільший супутник Сатурна, Титан, має потужну непрозору атмосферу товщиною до 200 км. Вона складається з азоту з домішками метану і водню. 

4. Уран.

Названий на честь бога неба Уран є по-справжньому блакитною планетою. Існує одна особливість, яка виділяє Уран з усіх планет Сонячної системи: його екватор нахилений до площини орбіти під кутом 98°. Такий великий кут нахилу призводить до унікальної у Сонячній системі зміни пір року — полярні кола знаходяться майже на екваторі, а тропіки — біля полюсів. Це означає, що Сонце освітлює один з полюсів планети майже 42 земні роки, в той час як на іншому полюсі стільки ж триває полярна ніч. Правда, спеки там не буває, бо Уран отримує від Сонця набагато менше енергії, ніж Земля, і температура верхніх шарів атмосфери не піднімається вище -215 °С.

Астрономи довгий час спостерігали за Ураном, але не виявили суттєвих змін кольорів або утворень в атмосфері. Можливо, що смуги з’являються тільки весною або восени, коли освітлені  дві півкулі планети. Вісь обертання Урана лежить майже у площині орбіти, тому там тропіки збігаються з полярним колом. Тривалість сезонів на Урані 21 земний рік. Осьове обертання Урана, як і Венери, відбувається у напрямку, протилежному напрямку обертання інших планет Сонячної системи.    Уран   був    відкритий англійським астрономом В. Гершелем 1781 р., Так було відомо, що Уран — це планета, майже у- 4 рази більша за Землю. Вона рухається навколо Сонця з періодом 84 земних роки на відстані 19,2 а. о. і має екваторіальний період обертання навколо осі 17 год 14 хв. Нахил її осі обертання до площини орбіти становить 98°, тобто Уран рухається навколо Сонця «лежачи на боці» та ще й обертається, як і Венера, у зворотному напрямку. Маса Урана у 14,6 рази більша за земну, а екваторіальний радіус становить 25 600 км. Середня густина Урана — 1,19 г/см³. Виходячи з останніх даних, робляться припущення, що Уран на 50 % складається з водяного льоду, на 40 % — з різних кам’янистих порід і на 10 % — з водню та інших газів.

Вважається, що Уран має складну шарувату структуру  хмар, де вода складає нижній шар, а  метан — верхній.

Як  і у інших газових гігантів Сонячної системи, в Урана є система кілець та магнітосфера. Крім того, навколо нього обертаються 27 супутників. Орієнтація Урана в просторі відрізняється від інших планет Сонячної системи — його вісь обертання лежить як би «на боці» відносно плоскості обертання цієї планети довкола Сонця. Внаслідок цього планета буває обернена до Сонця то північним полюсом, то південним, то екватором, то середніми широтами.

У 1977 р. при покритті Ураном зорі у нього  було відкрито 5 вузьких кілець. Згодом з’ясувалося, що їх 9. А при прольоті АМС «Вояджер-2» було виявлено слабке десяте кільце. Кільця Урана дуже вузькі, 1-10 км завширшки, і тільки зовнішнє кільце в найширшій частині досягає 96 км. Мабуть, вони складаються з дрібного темного пилового матеріалу, бо погано відбивають сонячне світло. Товщина кілець — кілька десятків метрів. Після прольоту АМС стала відомою геологічна будова п’яти великих супутників Урана: Аріеля, Умбріеля, Титанії, Оберона і Міранди. Було відкрито ще 12 супутників, які мають вигляд безформних брил невеликих розмірів від 10 до 100 км.

У 1986 році американський космічний апарат «Вояджер-2» передав на Землю знімки Урана, які він зробив пролітаючи на відстані у 81 500 кілометрів від планети. На них видно «невиразна», у видимому спектрі, планета без хмар та атмосферних штормів, характерних для інших планет-гігантів. Проте наразі наземними спостереженнями вдалося розрізнити ознаки сезонних змін та збільшення погодної активності на планеті, викликаних наближенням Урана до точки свого рівнодення. Швидкість вітрів на Урані може досягати 240 м/с.

Уран має 27 супутників та систему кілець. Всі супутники отримали назви на честь персонажів творів Вільяма Шекспіра та Александра Поупа. Перші два супутники — Титанію і Оберон — 1787 року відкрив Вільям Гершель. Ще два сферичні супутники (Аріель та Умбріель) були відкриті 1851 року Вільямом Ласселом. 1948 року Джерард Койпер відкрив Міранду. Останні супутники були відкриті після 1985 р., під час місії «Вояджера-2», або за допомогою вдосконалених наземних телескопів.

Супутники Урана можна поділити на три групи: тринадцять внутрішніх, п'ять великих, дев'ять нерегулярних супутників.

Внутрішні супутники — невеликі, темні об'єкти, схожі за характеристиками та походженням на кільця планети. П'ять великих супутників досить масивні, щоб гідростатична рівновага надала їм сфероїдальної форми. На чотирьох з них помічено ознаки внутрішньої і зовнішньої активності, такі як формування каньйонів і гіпотетичний вулканізм на поверхні. Найбільший з них, Титанія, має в діаметрі 1578 км і є восьмим за величиною супутником у Сонячній системі. Її маса у 20 разів менша земного Місяця. Нерегулярні супутники Урана мають еліптичні і дуже нахилені (здебільшого ретроградні) орбіти на великій відстані від планети.

Кільця Урану — система планетних кілець, що оточують Уран. Серед інших систем кілець вона займає проміжне положення за складністю будови між розвиненішою системою кілець Сатурна й простими системами кілець Юпітера та Нептуна.

Перші кільця Урана було відкрито 10 березня 1977 року Джеймсом Елліотом, Едвардом Данхемом і Дугласом Минка. За 200 років до цього Вільям Гершель повідомляв про спостереження кілець у Урана, проте сучасні астрономи сумніваються у можливості такого відкриття, тому що кільця дуже слабкі й темні і не могли бути виявлені за допомогою астрономічного обладнання того часу^[1]. Ще два кільця було виявлено «Вояджером-2» 1986 року, ще два зовнішніх кільця було виявлено телескопом «Хаббл» у 2003-2005 роках.

Станом на 2008 рік відомо 13 окремих кілець. У порядку збільшення відстані від планети вони розташовані так: 1986U2R / ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν і μ. Мінімальний радіус має кільце 1986U2R / ζ (38 000 км), максимальний - кільце μ (приблизно 98 000 км). Між основними кільцями можуть бути слабкі пилові кільцеві скупчення й незамкнені дуги. Кільця надзвичайно темні, альбедо Бонда для їх часток не перевищує 2%. Ймовірно, вони складаються з водяного льоду з включеннями органіки.

Більшість кілець Урана непрозорі, їх ширина не більше декількох кілометрів. У цілому, кільцева система містить  не багато пилу, вона складається в  основному з великих об'єктів  діаметром від 20 сантиметрів до 20 метрів. Однак деякі кільця оптично тонкі: широке тьмяне 1986U2R / ζ, μ та ν складаються з дрібних частинок пилу, тоді як вузьке тьмяне λ містить великі тіла. Відносно невелика кількість пилу в кільцевій системі пояснюється аеродинамічним опором протяжної екзосфери - корони Урана.

Вважається, що кільця Урана відносно молоді, їхній вік не перевищує 600 мільйонів років. Кільцева система Урана, ймовірно, походить від зіткнень супутників, які раніше оберталися навколо планети. У результаті зіткнень супутники, ймовірно, поступово розбивалися на дрібніші частинки, які тепер існують як кільця в чітко визначених зонах максимальної гравітаційної стабільності.

Досі не зрозумілий механізм, що утримує вузькі кільця в їх межах. Спочатку вважалося, що в кожного вузького кільця є пара «супутників-пастухів», які й підтримують його форму, але 1986 року Вояджер—2 знайшов тільки одну пару таких супутників (Корделію й Офелію) навколо найяскравішого кільця ε.

5. Нептун.