Планеты гиганты

Реферат по астрономии на тему: «Планеты гиганты»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат был сдан в 2007 году в г. Королёв МОУБСОШ№1  оценка-5

 

Королёв 2007

План

1. Общая информация       3
2. Отличия от планет земной группы     4
3. Юпитер         4
• Первый гигант        4
• Атмосфера        5
• Кольца         6
• Магнитное поле       7
• Спутники        7
4. Сатурн         9
• Строение планеты и атмосфера     9
• Магнитное поле       11
• Кольца         11
• Спутники        14
5. Уран          14
• История открытия       14
• Строение планеты       15
• Особенности вращения      16
• Кольца         16
• Магнитное поле       17
• Спутники        17
6. Нептун         18
• История открытия       18
• Строение планеты       19
• Кольца         21
• Магнитное поле       22
• Спутники        22
7. Список литературы       24

 

 

 

Общая информация

В группу планет гигантов входят: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Все эти планеты (и  особенно Юпитер) имеют большие размеры  и массы. Например, по объему Юпитер превосходит Землю почти в 1320 раз, а по массе - в 318 раз.

Планеты-гиганты очень быстро вращаются вокруг своих осей; менее 10 ч требуется огромному Юпитеру, чтобы совершить один оборот. Причем экваториальные зоны планет-гигантов вращаются быстрее, чем полярные. Результат быстрого вращения - большое сжатие планет-гигантов (заметное при визуальных наблюдениях). Разность экваториального и полярного радиусов Земли составляет 21 км, а у Юпитера она равна 4400 км.

Планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, и независимо от характера  смены времен года на них всегда господствуют низкие температуры. На Юпитере вообще нет смены времен года, поскольку ось этой планеты почти перпендикулярна к плоскости ее орбиты. Своеобразно происходит смена времен года и на планете Уран, так как ось этой планеты наклонена к плоскости орбиты под углом 8°.

Планеты-гиганты отличаются большим числом спутников; у Юпитера  к середине 2001 года их обнаружено уже 28, Сатурна - 30, Урана - 21 и только у  Нептуна – 8, а уже к  1.08.2006г. у Юпитера найдено 63 спутника, у Сатурна – 55, у Урана 29,а у Нептуна-13. Замечательная особенность планет-гигантов - кольца, которые открыты не только у Сатурна, но и у Юпитера, Урана и Нептуна.

Важнейшая особенность  строения планет-гигантов заключается  в том, что эти планеты не имеют  твердых поверхностей. Такое представление хорошо согласуется с малыми средними плотностями планет-гигантов, их химическим составом (они состоят в основном из легких элементов - водорода и гелия), быстрым зональным вращением и некоторыми другими данными. Следовательно, все, что удается рассмотреть на Юпитере и Сатурне (на более далеких планетах детали вообще не видны), происходит в протяженных атмосферах этих планет. На Юпитере даже в небольшие телескопы заметны полосы, вытянутые вдоль экватора. В верхних слоях водородно-гелиевой атмосферы Юпитера в виде примесей встречаются химические соединения (например, метан и аммиак), углеводороды (этан, ацетилен), а также различные соединения (в том числе содержащие фосфор и серу), окрашивающие детали атмосферы в красно-коричневые и желтые цвета. Таким образом, по своему химическому составу планеты-гиганты резко отличаются от планет земной группы. Это отличие связано с процессом образования планетной системы.

Вещество, находящееся  под облачным слоем планет-гигантов, недоступно непосредственному наблюдению. О его свойствах можно судить по некоторым дополнительным данным. Например, предполагают, что в недрах планет-гигантов вещество должно иметь высокую температуру.

В отличие от планет земной группы, обладающих корой, мантией и  ядром, на Юпитере газообразный водород, входящий в состав атмосферы, переходит в жидкую, а затем и в твердую (металлическую) фазу. Появление таких необычных агрегатных состояний водорода (в последнем случае он становится проводником электричества), связано с резким увеличением давления по мере погружения в глубину. Так, на глубине, несколько большей 0.9 радиуса планеты, давление достигает 40 млн. атмосфер.

Возможно, что с быстрым  вращением проводящего ток вещества, находящегося в центральных областях планет-гигантов, связано существование  значительных магнитных полей этих планет. Особенно велико магнитное поле Юпитера. Оно во много раз превосходит магнитное поле Земли, причем полярность его обратна земной (у Земли вблизи северного географического полюса расположен южный магнитный). Магнитное поле планеты улавливает летящие от Солнца заряженные частицы (ионы, протоны, электроны и др.), которые образуют вокруг планеты пояса частиц высоких энергий, называемые радиационными поясами. Такие пояса из всех планет земной группы есть только у нашей планеты. Радиационный пояс Юпитера простирается на расстояние до 2,5 млн. км. Он в десятки тысяч раз интенсивнее земного. Электрически заряженные частицы, движущиеся в радиационном поясе Юпитера, излучают радиоволны в диапазоне дециметровых и декаметровых волн. Как и на Земле, на Юпитере наблюдаются полярные сияния, связанные с прорывом заряженных частиц из радиационных поясов в атмосферу, а также мощные электрические разряды в атмосфере (грозы).

 

Отличия от планет земной группы

Планеты-гиганты отличаются от Меркурия, Венеры, Земли и Марса большими размерами, большей массой, меньшей плотностью, более быстрым вращением, гораздо более плотными атмосферами (на Меркурии атмосфера практически отсутствует, поэтому его дневное полушарие сильно накаляется, а все планеты-гиганты окружены мощными протяжёнными атмосферами), большим числом спутников.

Поскольку планеты-гиганты находятся  далеко от Солнца, их температура (по крайней  мере, над их облаками) очень низка: на Юпитере – 145°С, на Сатурне – 180°С, на Уране и Нептуне ещё ниже. А температура у планет земной группы значительно выше (на Венере до плюс 500°С). Малая средняя плотность планет-гигантов может объяснятся тем, что она получается делением массы на видимый 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

первый гигант

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, величественного перемещения этой планеты древние греки 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 1610 г. 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 звездами, Галилей 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.

В другой раз Юпитер и его спутники помогли решить одну из древнейших загадок: распространяется ли свет мгновенно или скорость его конечна? Регулярно наблюдая затмения спутников Юпитера и сравнивая эти данные с результатами предварительных расчетов, датский астроном Оле Рёмер в 1675 г. обнаружил, что наблюдения и вычисления расходятся, если Юпитер и Земля находятся по разные стороны Солнца. В этом случае затмения спутников запаздывают примерно на 1000 с. Рёмер пришёл к правильному выводу, что 1000 с. – это как раз то время, которое нужно свету, чтобы пересечь орбиту Земли по диаметру. Поскольку диаметр земной орбиты составляет 300 млн. километров, скорость света оказывается близкой к 300000км./с.

Юпитер – пятая планета от Солнца и самая большая планета-гигант Солнечной системы. Его экваториальный диаметр равен 143884 км, что в 11,209 раз  превышает диаметр Земли и составляет 0,103 диаметра Солнца. Форма Юпитера не совсем сферическая, поскольку планета состоит из газа и жидкости и быстро вращается. Полярный диаметр Юпитера равен 133708 км. По объему Юпитер эквивалентен 1319 объемам Земли. Среднее расстояние от Солнца 5,2 а. е. (778,3 млн. км, минимальное 4,95 а. е., максимальное — 5,45 а. е.), сидерический период обращения 11,9 года, период вращения (облачного слоя близ экватора) около 10 часов. Юпитер движется вокруг Солнца по близкой к круговой эллиптической орбите, плоскость которой наклонена к плоскости эклиптики под углом 1°18,3'. Экватор наклонен к плоскости орбиты под углом 3°5'; из-за малости этого угла сезонные изменения на Юпитере выражены весьма слабо. Расстояние Юпитера от Земли меняется в пределах от 188 до 967 млн. км. Масса Юпитера в 317,8 раз превосходит массу Земли и в 2,5 раза больше массы всех остальных планет, вместе взятых, но при этом средняя плотность равна 1,33 г/см3, то есть в 4 раза меньше, чем у Земли. В противостоянии Юпитер виден как чуть желтоватая звезда -2,6 звездной величины; из всех планет уступает в блеске только Венере и Марсу во время великого противостояния последнего.

Атмосфера

При визуальных наблюдениях диск Юпитера  кажется пересеченным чередующимися  светлыми зонами и темными поясами. Атмосфера толщиной в 27км состоит из молекулярного водород (H2) - 89,8% и Гелия (He) - 10,2так же в малых долях там присутствуют такие газы как: Метан (CH4); Аммиак (NH3);Этан (C2H6) и Вода (H2O). Согласно данным, полученным четырьмя космическими зондами, пролетевшими мимо Юпитера в 1973 - 1981гг ("Пионер-10 и -11", "Вояджер-1 и -2"), и АМС "Галилео", работающей на орбите планеты в 1995-2003гг, внутри этих полос наблюдается очень сложная система потоков. В каждом полушарии имеется пять или шесть таких полос, по направлению совпадающих с ветровыми течениями, вращающиеся вокруг оси планеты с различными угловыми скоростями (150 м/с (<30° широт); 40 м/с (>30° широт)). Быстрее всего вращается экваториальная зона — период ее обращения 9 ч 50 мин 30 с, что на 5 мин 11с меньше периода обращения полярных зон. Так быстро не вращается ни одна другая планета Солнечной системы. На Юпитере атмосферные процессы намного стабильнее, чем на Земле. Пояса облаков на Юпитере сохраняются годами и вращаются вокруг планеты со скоростью 480 км/ч. Штормы, перед которыми земные ураганы покажутся лишь легким ветерком, могут бушевать десятилетиями. Относительно долговечными деталями планеты являются белые или цветные овалы.

    Наиболее известная и  самая заметная из таких деталей - Большое Красное Пятно, которое наблюдается уже около 340 лет. Находясь в умеренных южных широтах Юпитера, оно медленно перемещается, делая за сто лет примерно 3 оборота. По краям Красного Пятна располагаются облака, состоящие из аммиака. По предыдущим наблюдениям космической станцией Galileo, также принадлежащей NASA, граничные области Большого Красного Пятна вращаются с большой скоростью против часовой стрелки, в то время как внутренняя часть медленно вращается в противоположном направлении. За последнее время Большое Красное Пятно несколько изменилось. На фотографиях, полученных ранее космическими кораблями NASA Voyager и Galileo, Пятно окружает темная область, что указывает на отсутствие облаков вокруг него. Теперь же эту область заполнили светлые аммиачные облака.

    Цвет облаков меняется с высотой: синие структуры - самые верхние, под ними лежат коричневые, затем белые. Красные структуры - самые низкие. Красноватый оттенок планеты приписывают главным образом присутствию в атмосфере красного фосфора и, возможно, органике, возникающей благодаря электрическим разрядам. В области, где давление порядка 100 КПа, температура составляет около 160°К.

Температура верхних  облаков составляет –130°С. Суточный температурный диапазон составляет 184°K - 242°K / -89°С - -31°С. Юпитер выделяет на 60% больше энергии, чем получает от Солнца. В атмосфере Юпитера замечены грозы. Атмосфера отражает 45% падающего солнечного света. Установлено также наличие ионосферы, протяженность которой по высоте — порядка 3000 км.

    Зонд с АМС "Галилео" в 1995г парашютировал сквозь верхние слои атмосферы Юпитера, опустившись на 150 км вглубь атмосферы, передавая данные относительно состава и физических условий среды. Наземные наблюдения места вхождения зонда показали, что оно, по-видимому, было относительно свободно от облаков. Этим можно объяснить, почему не было получено почти никаких подтверждений существования ожидаемых трех слоев облаков (состоящих на самых больших высотах из кристаллов аммиака, гидросульфида аммония в середине, а внизу - из водяных и ледяных кристаллов). Скорость ветра, достигающая 530 км/час, оказалась даже больше, чем ожидалось. В то же время содержание гелия составило только около половины ожидаемого. Вероятное объяснение этого явления - увеличение концентрации гелия к центру планеты.

    В 1997г космический  телескоп Hubble впервые обнаружил Большое Темное пятно возле северного полюса планеты. В конце 2000г зонд Cassini с 1 октября по 15 декабря фотографировал пятно во всех подробностях с помощью УФ-камеры. В течение 11 недель это пятно росло в размерах, закручивалось, темнело и меняло форму. Потом, когда зонд Cassini стал удаляться от Юпитера, пятно стало бледнеть. По мнению специалистов, Темное пятно на Юпитере может быть относительно кратковременным "облачным" явлением, поэтому телескоп Hubble и видел его лишь однажды. И если бы Cassini пролетал мимо Юпитера на месяц или два позже, то он, может быть, не увидел бы никакого пятна. Есть и другое мнение. Возможно, темное пятно является каким-то побочным эффектом полярных сияний на Юпитере. Там они в сотни и тысячи раз ярче, чем на Земле, ведь магнитное поле Юпитера намного сильнее земного, а сам Юпитер является мощным источником электронов и ионов (для земных полярных сияний заряженные частицы поставляет Солнце).

 

Кольца

1979 году во время  прохождения мимо планеты космического  аппарата Вояджер-1 на Юпитере были обнаружены кольца, однако, их происхождение оставалось загадкой. Позднее космическим аппаратом Галилей, который находился на орбите вокруг Юпитера с 1995 по 2003 годы, были получены данные о том, что эти кольца возникли в результате столкновения метеорных тел с небольшими спутниками Юпитера. Например, небольшое метеорное тело, ударившись в крошечную Адрастею, вонзится в нее и испарится, в результате чего большие количества грязи и пыли будут выброшены на орбиту вокруг Юпитера. На рисунке показано затмение Солнца Юпитером, так, как оно наблюдалось с космического аппарата Галилей. Маленькие пылевые частицы в высоких слоях атмосферы Юпитера, а также частицы пыли, которые входят в состав колец, видны в отраженном солнечном свете