Планеты солнечной системы

В начале 1929 в  Ловелловскую обсерваторию поступил 32,5-сантиметровый объектив с фокусным расстоянием 169 см, что значительно улучшило возможности обнаружения искомого объекта. Наблюдения начались 1 апреля, а первые исследования пластинок — в сентябре 1929. Съемка области Водолея продолжалась месяц за месяцем с продвижением в восточном направлении через созвездия Рыб, Овна и Тельца. Обычно интервал между съемками равнялся двум суткам, однако между первым снимком окрестности d Близнецов (21 января 1930) и последующим прошло на четыре дня больше. Когда снимки были обработаны, 18 февраля 1930 проводивший их исследование астроном-любитель К. Тибо смог убедиться, что открыта новая планета. По ее перемещению в течение четырех дней было установлено, что объект расположен за орбитой Нептуна. Опасения, что объект быстро переместится, то есть является каким-то необычным астероидом или кометой, рассеялись, когда подтвердилось, что он неизменно обнаруживается на предвычисленном месте.

12 марта 1930 директором  Ловелловской обсерватории В.  М. Слайфером была послана телеграмма: «Систематические многолетние поиски, дополняющие исследования Ловелла по транснептуновой планете, привели к обнаружению объекта, который в течение семи недель имел скорость движения и траекторию, согласующиеся с данными транснептунового тела на предписанном ему расстоянии. Пятнадцатая величина. Положение 12 марта в 3 часа Гринвичского среднего времени было семь секунд к западу от d Близнецов в согласии с долготой, предвычисленной Ловеллом».

Любопытно, что  объявление об открытии новой планеты  совпало с днем рождения Ловелла и с 149 годовщиной открытия Урана У. Гершелем.

Новая планета  имела желтоватый цвет, заметно отличающийся от голубоватого цвета Нептуна. В  честь греческого бога тьмы, способного становиться невидимым, ее назвали Плутоном. В качестве символа планеты весьма удачно был избран знак, составленный из латинских букв P и L, которые совпадают с монограммой инициалов П. Ловелла.

Открытие Плутона  было встречено с энтузиазмом  астрономами, хотя появились и скептические высказывания. По мнению ряда исследователей открытие Плутона явилось даже в определенной степени случайным, так как его масса недостаточна, чтобы оказать заметное влияние на движение Урана.

Многие проблемы, касающиеся Плутона, получили разрешение только на качественно новом этапе исследований, связанном с появлением космических аппаратов. После открытия пояса Койпера многие ученые ставят под сомнение статус Плутона как планеты: по их мнению, возможно, это крупный объект пояса Койпера.

  САТУРН (астрономический знак H), планета, среднее расстояние от Солнца 9,54 а. е., период обращения 29,46 года, период вращения на экваторе (облачный слой) 10,2 ч, экваториальный диаметр 120 660 км, масса 5,68·10²⁶ кг, имеет 30 спутников, в состав атмосферы входят СН₄, Н₂, Не, NН₃. У Сатурна обнаружены радиационные пояса. Сатурн — планета, имеющая кольца (см. Кольца Сатурна).

* * *

САТУРН, шестая от Солнца, вторая по размерам после  Юпитера большая планета Солнечной  системы; относится к планетам-гигантам.

Движение, размеры, форма

Эллиптическая орбита Сатурна имеет эксцентриситет 0,0556 и средний радиус 9,539 а. е. (1427 млн. км). Максимальное и минимальное расстояния от Солнца равны приблизительно 10 и 9 а. е. Расстояния от Земли меняются от 1,2 до 1,6 млрд. км. Наклон орбиты планеты к плоскости эклиптики 2°29,4'. Угол между плоскостями экватора и орбиты достигает 26°44'. Сатурн движется по своей орбите со средней скоростью 2,64 км/с; период обращения вокруг Солнца составляет 29,46 земных лет.

Планета не имеет  твердой поверхности, оптические наблюдения затрудняются непрозрачностью атмосферы. Для экваториального и полярного радиусов приняты значения 60 тыс. км и 53,5 тыс. км. Средний радиус Сатурна в 9,1 раз больше, чем у Земли. На земном небе Сатурн выглядит как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звездной величины. Масса Сатурна составляет 5,68 · 10²⁶ кг, что в 95,1 раз превосходит массу Земли; при этом средняя плотность Сатурна, равная 0,68 г/см³, почти на порядок меньше, чем плотность Земли. Ускорение свободного падения у поверхности Сатурна на экваторе равно 9,06 м/с².

Поверхность Сатурна (облачный слой), как и Юпитера, вращается  не как единое целое. Тропические области в атмосфере Сатурна обращаются с периодом 10 ч 14 мин земного времени, а на умеренных широтах этот период на 26 мин больше.

Состав и строение планеты. Некоторые  физические параметры

Температура в  средних слоях атмосферы (преимущественно  водородной, хотя и предполагается присутствие небольшого количества гелия, аммиака и метана) около 100 К.

По внутреннему  строению и составу Сатурн сильно напоминает Юпитер. В частности, на Сатурне в экваториальной области существует образование, аналогичное Большому Красному Пятну, хотя оно и меньших размеров, чем на Юпитере.

На две трети  Сатурн состоит из водорода. На глубине, примерно равной R/2, то есть половине радиуса планеты, водород при давлении около 300 ГПа переходит в металлическую фазу. По мере дальнейшего увеличения глубины, начиная с R/3, возрастает доля соединений водорода и оксидов. В центре планеты (в области ядра) температура порядка 20000 К.

Спутники

 У Сатурна  30 спутников, примерно половина  из которых обнаружены при  помощи космических аппаратов.  Ниже перечислены все спутники  Сатурна, имеющие собственные  имена, в порядке их удаленности  от планеты с указанием в  скобках их радиусов (в километрах) и средних расстояний от Сатурна (в тысячах километров): Атлас (20, 137,7); Пандора (70, 139,4); Прометей (55, 141,7); Эпиметий (70, 151,4); Янус (110, 151,5); Мимас (196, 185,5); Энцелад (250, 238); Тефия (530, 294,7); Телесто (17, 294,7); Калипсо (17, ?); Диона (560, 377,4); 198 S6 (18, 377,4); Рея (754, 527,1); Титан (2575, 1221,9); Гиперион (205, 1481); Япет (730, 3560,8); Феба (110, 12954).

Все спутники, кроме  огромного Титана, превосходящего по размерам Меркурий и имеющего атмосферу, сложены в основном изо льда (с некоторой примесью скальных пород у Мимаса, Дионы и Реи). Уникальным по яркости является Энцелад — он отражает свет, почти как свежевыпавший снег. Темнее всего поверхность Фебы, которая поэтому почти не видна. Необычна поверхность Япета: его передняя (по ходу движения) полусфера сильно отличается по отражательной способности от задней.

Из всех больших  спутников Сатурна только Гиперион имеет неправильную форму, возможно, из-за произошедшего некогда столкновения с массивным телом, например, с гигантским ледяным метеоритом. Поверхность Гипериона сильно загрязнена. Поверхности многих спутников в значительной степени кратерированы. Так, на поверхности Дионы обнаружен крупнейший десятикилометровый кратер; на поверхности Мимаса лежит кратер, вал которого так высок, что это явственно заметно даже на фотографиях. Кроме кратеров, на поверхностях ряда спутников существуют разломы, борозды, впадины. Наибольшая тектоническая и вулканическая деятельность обнаружена у Энцелада.

Кольца Сатурна

Три видимых  с Земли кольца Сатурна обнаружены астрономами уже давно. Наиболее ярким является среднее кольцо; внутреннее (ближайшее к планете) из-за темного цвета иногда называют «креповым». Радиусы крупнейших колец 120-138, 90-116 и 76-89 тыс. км; толщина — 1-4 км. Кольца состоят из ледяных и (или) силикатных образований, размеры которых могут быть от мелких песчинок до фрагментов порядка нескольких метров.

УРАН (астрономический знак I), планета, среднее расстояние от Солнца — 19,18 а. е. (2871 млн. км), период обращения 84 года, период вращения ок. 17 ч, экваториальный диаметр 51 200 км, масса 8,7·10²⁵ кг, состав атмосферы: Н₂, Не, СН₄. Ось вращения Урана наклонена на угол 98 °. Уран имеет 15 спутников (5 открыты с Земли — Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания, Оберон, и 10 открыты космическим аппаратом «Вояджер-2» — Корделия, Офелия, Бианка, Крессида, Дездемона, Джульетта, Порция, Розалинда, Белинда, Пэк) и систему колец.

* * *

УРАН, седьмая  от Солнца большая планета Солнечной  системы, относится к планетам-гигантам.

Движение, размеры, масса

Уран движется вокруг Солнца по эллиптической орбите, большая полуось которой (среднее  гелиоцентрическое расстояние) в 19,182 больше, чем у Земли, и составляет 2871 млн. км. Эксцентриситет орбиты равен 0,047, то есть орбита довольно близка к круговой. Плоскость орбиты наклонена к эклиптике под углом 0,8°. Один оборот вокруг Солнца Уран совершает за 84,01 земного года. Период собственного вращения Урана составляет приблизительно 17 часов. Существующий разброс при определении значений этого периода обусловлен несколькими причинами, из которых основными являются две: газовая поверхность планеты не вращается как единое целое и, кроме того, на поверхности Урана не обнаружено заметных локальных неоднородностей, которые помогли бы уточнить длительность суток на планете.

Вращение Урана  обладает рядом отличительных особенностей: ось вращения почти перпендикулярна (98°) к плоскости орбиты, а направление вращения противоположно направлению обращения вокруг Солнца, то есть обратное (из всех других больших планет обратное направление вращения наблюдается только у Венеры).

Уран относят  к числу планет-гигантов: его экваториальный радиус (25600 км) почти в четыре раза, а масса (8,7·10²⁵ кг) — в 14,6 раза больше, чем у Земли. При этом средняя плотность Урана (1,26 г/см³ ) в 4,38 раза меньше, чем плотность Земли. Относительно малая плотность типична для планет-гигантов: в процессе формирования из газово-пылевого протопланетного облака наиболее легкие компоненты (в первую очередь, водород и гелий) стали для них основным «строительным материалом», тогда как планеты земной группы включают заметную долю более тяжелых элементов.

Состав и внутреннее строение

Подобно другим планетам-гигантам, атмосфера Урана  в основном состоит из водорода, гелия и метана, хотя их относительные вклады несколько ниже по сравнению с Юпитером и Сатурном.

Теоретическая модель строения Урана такова: его  поверхностный слой представляет собой газожидкую оболочку, под которой находится ледяная (смесь водяного и аммиачного льда) мантия, а еще глубже — ядро из твердых пород. Масса мантии и ядра составляет примерно 85-90% от всей массы Урана. Зона твердого вещества простирается до 3/4 радиуса планеты.

Температура в  центре Урана близка к 10000 К при  давлении 7-8 млн. атмосфер (одна атмосфера  примерно соответствует одному бару). На границе ядра давление примерно на два порядка ниже (около 100 килобар).

Эффективная температура, определяемая по тепловому излучению с поверхности планеты, составляет ок. 55 К.

Спутники Урана

Подобно Нептуну  и Сатурну, Уран имеет большое  число спутников (к 1997 открыто 15) и  систему колец. Наибольшие размеры (в километрах) и масса (в долях  массы Урана) характерны для первых пяти (открытых с Земли) спутников. Это Миранда (127 км, 10^-7), Ариэль (565 км, 1,1·10^-5), Умбриэль (555 км, 1,1·10^-5), Титания (800 км, 3,2·10^-5) и Оберон (815 км, 3,4·10^-5). Последние два спутника, согласно теоретическим оценкам, испытывают дифференциацию, то есть перераспределение различных элементов по глубине, в результате чего произошло образование силикатного ядра, мантии из льда (водяного и аммиачного) и ледяной коры. Выделяющаяся при дифференциации теплота приводит к заметному разогреванию недр, что может вызывать даже их расплавление. Остальные 10 спутников Урана (Корделия, Офелия, Бианка, Крессида, Дездемона, Джульетта, Порция, Розалинда, Белинда, Пэк) были открыты с борта космического аппарата «Вояджер-2» в 1985-86.

История открытия Урана

В течение многих веков астрономы Земли знали  только пять «блуждающих звезд» —  планет. 1781 был ознаменован открытием  еще одной планеты, названной  Ураном. Это произошло, когда английский астроном У. Гершель приступил к реализации грандиозной программы: составлению полного систематического обзора звездного неба.

13 марта вблизи  одной из звезд созвездия Близнецов  Гершель заметил любопытный объект, который явно не был звездой: его видимые размеры менялись в зависимости от увеличения телескопа, а главное, менялось его положение на небосводе. Гершель первоначально решил, что открыл новую комету (его доклад на заседании Королевского общества 26 апреля 1781 так и назывался — «Сообщение о комете»), но от кометной гипотезы вскоре пришлось отказаться. В благодарность Георгу III, назначившему Гершеля королевским астрономом, последний предложил назвать планету «Георгиева звезда», однако, чтобы не нарушать традиционной связи с мифологией, было принято название «Уран».

Первые немногочисленные наблюдения еще не позволяли достаточно точно определить параметры орбиты новой планеты, но, во-первых, число этих наблюдений (в частности, в России, Франции и Германии) быстро увеличивалось, и во-вторых, внимательное исследование каталогов прошлых наблюдений позволило убедиться, что планета неоднократно фиксировалась и прежде, но принималась за звезду, что также заметно увеличивало число данных.

В течение 30 лет  после открытия Урана острота  интереса к нему периодически падала, но только на время. Дело в том, что  повышение точности наблюдений выявило загадочные аномалии в движении планеты: оно то «отставало» от расчетного, то начинало «опережать» его. Теоретическое объяснение этих аномалий привело к новым открытиям — обнаружению заурановых планет.

ЮПИТЕР (астрологический знак G), планета, среднее расстояние от Солнца 5,2 а. е. (778,3 млн. км), сидерический период обращения 11,9 года, период вращения (облачного слоя близ экватора) ок. 10 ч, эквивалент диаметра ок. 142 800 км, масса 1,90·10²⁷ кг. Состав атмосферы: H₂, CH₄, NH₃, He. Юпитер — мощный источник теплового радиоизлучения, обладает радиационным поясом и обширной магнитосферой. Юпитер имеет 16 спутников (Адрастея, Метида, Амальтея, Фива, Ио, Европа, Ганимед, Каллисто, Леда, Гималия, Лиситея, Элара, Ананке, Карме, Пасифе, Синопе), а также кольцо шириной ок. 6 тыс. км, почти вплотную примыкающее к планете.

* * *

ЮПИТЕР, пятая  от Солнца большая планета Солнечной  системы, самая крупная из планет-гигантов.

Движение, размеры, форма