Планеты гиганты

Вероятно, магнитное поле вокруг планеты генерируется движениями в сравнительно поверхностных областях Урана, а не в его ядре. Источник поля - неизвестен; существование гипотетического электропроводящего океана воды или аммиака пока не подтверждено исследованиями. Как на Земле, так и на других планетах, источником магнитного поля считают течения в расплавленных породах, расположенных недалеко от ядра. Как у Земли, Юпитера и Сатурна, у Урана есть магнитный хвост, состоящий из захваченных полем заряженных частиц, растянувшийся на миллионы километров за Уран от Солнца. "Вояджер 2" "чувствовал" поле, по крайней мере, в 10-ти миллионах километров от планеты.

Спутники

Первые четырех спутника получили свои названия не от первооткрывателей. Имена им дал в XIX веке сын Уильяма  Гершеля, Джон Гершель. В нарушение астрономической традиции, требующей брать названия для планет и спутников из мифологических сюжетов разных народов, спутники получили имена персонажей из произведений английских литераторов - Шекспира и Попа. Самый яркий среди спутников Урана - Ариэль получил имя доброго, светлого духа воздуха - персонажа, встречающегося и в пьесе Шекспира "Буря", и в поэме Попа "Похищение локона". Соседний с ним спутник - Умбриэль, вдвое темнее, был назван именем злого, темного духа из той же поэмы Попа. Два наиболее крупных из спутников Урана - Титания и Оберон получили имена королевы фей и ее супруга, короля добрых духов из пьесы Шекспира "Сон в летнюю ночь".

На фото представлены: изображение Урана и его пяти наиболее крупных спутников, смонтированное из кадров, полученных с "Вояджера-2". На переднем плане виден Ариэль, перед Ураном находится Миранда, а Умбриэль, Оберон и Титания видны вдалеке.

Н е п  т у н

История открытия

После того, как в 1781г Уильям Гершель открыл Уран и рассчитал параметры его

орбиты, довольно скоро в 1789г обнаружились загадочные аномалии в движении этой планеты — оно то «отставало» от расчетного, то опережало его. Хотя эти отклонения от расчетной траектории первым заметил петербургский академик Андрей Лексель еще в 1783 году.

В 1842г в отчете Британской Ассоциации развития науки Джордж Эри, впоследствии ставший королевским астрономом, отмечал, что за 11 лет ошибка в положении Урана достигла почти полминуты дуги. В 1842г Геттингенская АН назначает премию тому, кто объяснит это загадочное явление. Вскоре после опубликования отчета Эри получил от британского астронома-любителя, преподобного доктора Хассея, письмо, в котором выдвигалось предположение, что эти аномалии обусловлены воздействием пока еще неоткрытой «заурановой» планеты. По-видимому, это было первым предложением искать «возмущающую» планету. Эри не одобрил идею Хассея, и поиски не были начаты.

А еще за год до этого  талантливый молодой английский студент Джон Кауч Адамс отметил в своих записях: «В начале этой недели появилась мысль заняться сразу же после получения степени исследованием аномалий в движении Урана, которые до сих пор не объяснены. Надо найти, могут ли они быть обусловлены влиянием находящейся за ним неоткрытой планеты и, если возможно, определить хотя бы приблизительно элементы ее орбиты, что может привести к ее открытию».

Адамс получил возможность приступить к решению этой задачи только через два года, и к октябрю 1843г предварительные вычисления были закончены. Адамс решил показать их Эри, однако встретиться с королевским астрономом ему не удалось. Адамсу оставалось лишь вернуться в Кембридж, оставив для Эри результаты проведенных расчетов. По непонятным причинам Эри отреагировал на работу Адамса отрицательно, ценой чего явилась потеря Англией приоритета в открытии новой планеты. Адамс обратился к астроному - наблюдателю Джеймсу Чаллису, работавшему в том же Кембриджском университете, с просьбой организовать поиски. Чаллис после долгих проволочек приступил к поискам в июле 1846 года. Но ему невероятным образом не повезло. Самым обидным оказалось то, что Чаллис неоднократно наблюдал планету записывал ее координаты, но все никак не удосуживался сравнить результаты наблюдений, проведенных в разные дни.

Независимо от Адамса над проблемой заурановой планеты работал во Франции Урбен Жан Леверье. Он работал в парижском Бюро долгот, которое возглавлял крупнейший французский астроном Франсуа Араго. Именно Араго и поставил перед молодым ученым задачу по определению возможного местоположения неизвестной планеты, которая своим гравитационным влиянием вызывает неправильности в движении Урана, считавшегося тогда самой крайней из планет. 10 ноября 1845г Леверье представил Французской АН результаты своего теоретического анализа движения Урана, заметив в заключение о расхождении между данными наблюдений и расчетов: «Это можно объяснить воздействием внешнего фактора, который я оценю во втором трактате». Такие оценки были проведены в первой половине 1846г. Успеху дела помогло предположение, что искомая планета движется, в соответствии с эмпирическим правилом Тициуса - Боде, по орбите, радиус которой равен утроенному радиусу орбиты Урана, и что орбита имеет очень малый наклон к плоскости эклиптики. Леверье выступил с указанием, где следует искать новую планету.

Получив второй трактат Леверье, Эри обратил внимание на очень близкое совпадение результатов исследований Адамса и Леверье, относящихся к движению предполагаемой планеты, возмущающей движение Урана, и даже подчеркнул это на специальном заседании Совета инспекторов Гринвича. Но он, как и ранее, не торопился начать поиски и стал хлопотать о них только в июле 1846, поняв, какое негодование может вызвать впоследствии его пассивность.

Тем временем Леверье 31 августа 1846г закончил еще одно исследование, в котором была получена окончательная система элементов орбиты искомой планеты и указано ее место на небе и представил его в Парижскую АН. Но во Франции, как и в Англии, астрономы все не приступали к поискам, и 18 сентября Леверье обратился к Иоганну Гольфрид Галле, ассистенту Берлинской обсерватории. В письме он писал: «Направьте телескоп в созвездие Водолея в точку эклиптики с долготой 326º, и в пределах одного градуса Вы найдете новую планету. Она девятой звездной величины и имеет заметно различимый диск». Получив разрешение директора обсерватории, 23 сентября 1846г вместе со студентом Генрихом Д'Арре начал поиски. В первый же вечер планета ими была обнаружена, она находилась всего в 52' от предполагаемого места.

Весть об открытии планеты  «на кончике пера», что явилось  одним из ярчайших триумфов небесной механики, вскоре облетела весь научный мир. По установившейся традиции планета получила название Нептун в честь античного бога.

Около года между Францией и Англией шла борьба за приоритет  открытия, к которой, как это часто  бывает, сами герои непосредственного отношения не имели. В частности, между Адамсом и Леверье установилось полное взаимопонимание, и они оставались друзьями до конца жизни.

Кстати планета наблюдалась  еще Г. Галилеем в конце 1612г и начале 1613г, который зарисовал ее в своем журнале наблюдений, приняв за звезду. 8 и 10 мая 1795г Ж. Лаланд также не обратил внимания.

Через 17 дней после открытия планеты, о котором британский астрономом Уильям Ласселл узнал из газеты "Таймс", он тут же навел свой телескоп по указанным в газете координатам и стал наблюдать новую планету. Обнаружив движущийся вокруг нее спутник, Ласселл написал письмо в редакцию «Таймс», и газета оповестила мир о находке английского астронома. Открытие спутника Тритона стало определенным утешением для Англии за утерянный приоритет в открытии самого Нептуна.

Строение планеты

Внешняя газовая оболочка (атмосфера) имеет толщиной около 5 000 км. Эта атмосфера, состоящая из водорода и гелия, переходит в ледяной слой постепенно, без резко выраженной границы, по мере того, как плотность вещества увеличивается под давлением вышележащих слоев. В глубоких частях атмосферы газы преобразуются в кристаллы, своего рода иней. Этих кристаллов в более глубоких слоях становится все больше, и они начинают напоминать пропитанную водой снеговую кашу, а еще глубже - полностью преобразуются в лед, находящийся под действием огромного давления. Переходный слой от газовой до ледяной оболочки довольно широкий - около 3 000 км. В общей массе Нептуна на газы приходится 5%, на льды 75%, а на каменный материал 20%.

По расчетам, в центре Нептуна должно находиться каменное или железокаменное ядро диаметром  в 1,5-2 раза больше нашей 3емли. Основную часть Нептуна составляет расположенный вокруг этого плотного ядра слой толщиной около 8 000 км, состоящий главным образом из водных, аммиачных и метановых льдов, к которым, возможно, примешан и каменный материал. По расчетам, температура в этом слое должна с глубиной увеличиваться от +2 500 до +5 500°С. Однако лед при этом не испаряется, поскольку он находится в недрах Нептуна, где давление в несколько миллионов раз выше, чем атмосферное давление на Земле. Такие чудовищные «объятия» прижимают молекулы друг к другу, удерживая их от разлетания в стороны и испарения. Вероятно, вещество там находится в ионном состоянии, когда атомы и молекулы «раздавлены» на отдельные заряженные частицы - ионы и электроны. Конечно, трудно вообразить себе подобный «лед», поэтому иногда этот слой Нептуна называют «ионным океаном», хотя представить его в виде обычной жидкости также весьма затруднительно.

Нептун – самая ветряная планета Солнечной системы. Из всех элементов на Нептуне преобладают водород и гелий. Атмосфера планеты состоит из молекулярного водорода (H₂) - 80,0%; Гелия (He) - 19,0%; Метана (CH₄) - 1,5%. Внешняя газовая оболочка имеет толщину около 5 000 км. На Нептуне, как и на других планетах-гигантах, произошла многослойная дифференциация вещества, в процессе которой образовалась протяженная ледяная оболочка как на Уране. Крупномасштабные атмосферные образования в экваториальной области планеты движутся с востока на запад со скоростью около 325 м/сек. относительно ядра планеты, а более мелкие детали перемещаются почти вдвое быстрее. Это означает, что скорости потоков выбросов у экватора Нептуна приближаются к сверхзвуковым. Скорость звука в атмосфере Нептуна составляет примерно 600 м/сек. Сильные ветры наблюдаются на всех гигантских планетах, но не ясно, почему самое быстрое движение атмосферы имеется именно на Нептуне. Возможно, это связано с влиянием внутренних источников тепла у Нептуна. Выше основного атмосферного слоя, в холодной прозрачной атмосфере конденсируются редкие белые облака из замерзшего метана (CH₄). Эти белые облака поднимаются на высоту 50-150 км и отбрасывают тени на основной облачный покров. Ниже первого слоя облаков, на уровне давления около 20 атмосфер и температуры около 200К (-70С), расположен второй облачный слой из гидросульфида аммония NH₄SH. Еще глубже расположены облака из водяного льда.

Температурный минимум (тропопауза) в атмосфере Нептуна составляет 50К (-223С) и достигается при давлении 0,1 атмосферы. При такой низкой температуре  конденсируются пары продуктов фотолиза метана (ацетилен, диацетилен и др.), образуя тонкую надоблачную дымку. Выше тропопаузы лежит стратосфера - область атмосферы, где температура растет с высотой. На уровне давления 10-8 - 10-7 атмосфер при температуре 160К (-110С) расположена мезопауза - область постоянной температуры, выше которой простирается термосфера. Температура термосферы достигает 750К.

На изображениях, полученных АМС "Вояджер-2"  в 1989г наблюдалось на планете овальное Большое Темное Пятно (13 тысяч км в длину и 6.6 тысяч км в ширину). Это была грозовая система (вихрь) в облачных слоях Нептуна, подобная Большому красному пятну на Юпитере, но она просуществовала не так долго. Ветры несли Большое Темное Пятно к западу со скоростью 300 метров в секунду. Время кругооборота вещества в нем – 16 дней. "Вояджер 2" также видел меньшее темное пятно в южном полушарии и небольшое непостоянное белое облако, которое проносилось вокруг Нептуна за 16 часов и сопровождало вихрь,  названным "Скутер". Проведенное недавно компьютерное моделирование показало, что "скутеры" - это облака метана, которые часто могут находится около темных пятен.

Любопытно, что наблюдения на HST в 1994-м году показали, что Большое  Темное Пятно исчезло. Оно или  просто рассеялось или, к настоящему времени, закрыто другими частями  атмосферы. Несколько месяцев спустя, HST обнаружил новое темное пятно в северном полушарии Нептуна. Наибольший размер пятна почти равнялся диаметру Земли (около 12000 км), достигая почти половины размера Большого красного пятна. Это указывает на то, что атмосфера Нептуна изменяется быстро, возможно, из-за легких изменений в температурах верхних и нижних облаков.

Наблюдения за Нептуном, которые в течение шести лет  проводились с помощью космического телескопа Hubble, показали, что эта планета стала за эти годы заметно ярче. Причем самые заметные изменения произошли в южном полушарии: полосы облаков стали выделяться очень четко, они стали и шире и ярче. По мнению ученых, это говорит о том, что на Нептуне происходят сезонные изменения климата, подобные тем, что мы наблюдаем у себя на Земле. Когда в сторону Солнца обращено южное полушарие Нептуна, то над районом южного полюса 41 год длится полярный день, и в южном полушарии все это время - лето. Оно началось там в 2005 году и продлится до 2046 года. В этот период вокруг северного полюса Нептуна будет царить полярная ночь.

Правда, астрономы не ожидали обнаружить на Нептуне сезонные изменения, потому что Солнце на этой планете по причине своей удаленности  выглядит в 900 раз менее ярким, чем  на Земле. Тем не менее, изменения  освещенности даже от такого "слабого" источника света приводят к определенным изменениям в атмосфере Нептуна и, следовательно, к изменениям климата. Но на этот процесс оказывает еще влияние и внутренний источник тепла Нептуна. А вообще-то, эта планета очень слабо изучена из-за своей сильной удаленности.

Кольца