Галактики — надзвичайно далекі об'єкти

Гіпотези про внутрішню  будову газових планет припускають  існування декількох шарів. На певній глибині тиск в атмосфері газових  планет досягає значення достатнього  для переходу водню в рідкий стан. Також, якщо планета досить велика, то можливе існування шару металічного  водню (стану, де протони і електрони існують окремо), потоки електронів, в  якому породжують потужне магнітне поле планети. Також можливе існування  невеликого кам'яного чи металічного  ядра.

Період обертання газових  планет навколо своєї осі становить 9—17 годин.

В атмосфері газових планет дують потужні вітри та гігантські вихори (Велика червона пляма на Юпітері, Велика Біла пляма на Сатурні, Велика Темна пляма на Нептуні).

Юпітер

 

Юпі́тер — п'ята й найбільша  планета Сонячної системи. Відстань Юпітера від Сонця змінюється в межах від 740–814 млн км, середня відстань  778 млн км. Разом із Сатурном, Ураном і Нептуном Юпітер класифікують як газового гіганта.

Юпітер більш ніж удвічі масивніший за всі інші планети разом  узяті; він майже в 318 разів масивніший за Землю. Однак маса Юпітера недостатня, аби перетворитися на зорю, подібну  до Сонця: Для цього його маса мала б бути ще в 70—80 разів більшою. Однак  у надрах Юпітера відбуваються процеси  з досить потужною енергетикою: теплове  випромінювання планети, еквівалентне 4х1017 Вт, що приблизно вдвічі перевищує  енергію, яку ця планета отримує  від Сонця. Вірогідним джерелом такої  енергії є гравітаційне стиснення.

Планета була відома людям  з глибокої давнини, що знайшло своє відображення в міфології і релігійних віруваннях різних культур: месопотамської,вавилонської, грецької та інших. Сучасна назва  Юпітера походить від імені давньоримського верховного бога-громовержця.

Велика червона пляма

 

Велика червона пляма — атмосферне утворення на Юпітері, найпомітніша особливість на диску планети, спостережувана вже майже 350 років. ВЧП була відкрита Джованні Кассіні у 1665 році. Деталь, що відмічена в записах Роберта Гука 1664 року, також може бути ідентифікована як ВЧП.

До польоту «Вояджерів» багато астрономів вважали, що пляма має  тверду природу. ВЧП є гігантським  вихором-антициклоном, розмірами 24—40 тис. км. в довжину і 12—14 тис. км. завширшки (істотно більше Землі). Розміри  плями постійно змінюються, але відслідковується загальна тенденція — до зменшення; 100 років тому ВЧП була приблизно  в 2 рази більше.

Крім того, газ в ВЧП  обертається проти годинникової стрілки з періодом обороту близько 6 земних діб. Швидкість вітру усередині  плями перевищує 500 км/год. Температура  плями дещо нижча за прилеглі ділянки.

Червоний колір ВЧП  поки що не знайшов однозначного пояснення. Можливо, такий колір додають  плямі хімічні сполуки, що включають фосфор.

Крім ВЧП на Юпітері  є і інші «плями-вихори», менші  за розмірами. Вони можуть мати білий, коричневий і червоний колір й  існувати десятки років (можливо  й довше). Плями в атмосфері  Юпітера зафіксовані як в південній, так і в північній півкулі, але стійкі, що існують тривалий час, наявні чомусь тільки в південній.

Зважаючи на різницю швидкостей в атмосфері Юпітера іноді  трапляються зіткнення вихорів. Один такий інцидент мав місце  в 1975 році, внаслідок чого колір  плями потьмянів на декілька років. У липні 2006 року передбачалося  зіткнення ВЧП й іншого великого червоного утворення Oval BA, проте плями пройшли «по дотичній».

Oval BA сформувалась між 1998 і 2000 роками після злиття трьох менших білих овальних вихорів, які спостерігалися до цього протягом 60 років. Нове атмосферне утворення спочатку було білим у видимому діапазоні, але в лютому 2006 року набуло червоно-коричневого кольору. За однією з гіпотез, поки вихор знаходиться на однаковій висоті із загальною поверхнею верхнього краю атмосфери, він має білий колір. Але коли його потужність збільшується, вихор піднімається дещо вище за загальний шар хмар, де під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця хімічні реакції призводять до зміни кольору, додаючи йому червоного.

Кільця Юпітера

 

Кільця Юпітера  були третьою системою кілець, відкритою у Сонячній системі, після кілець Сатурна та кілець  Урана. Космічний апарат «Вояджер-1» у березні 1979 уперше сфотографував систему слабких кілець, шириною близько 1000 км і товщиною не більш 30 км, що обертаються навколо Юпітера на відстані 57000 км від хмарного покриву планети. Після того в1990 році кільця вивчалися зондом Галілео, а також спостерігалися орбітальним телескопом Хаббл і протягом десятиріч наземними обсерваторіями. До земного спостерігача кільця майже завжди звернені ребром, через що вони довгий час залишалися непоміченими. З Землі кільця Юпітера можуть бути помічені при спостереженні тільки в ІЧ-діапазоні.

Гіпотеза про існування  кілець Юпітера, що спиралися на дані апарату «Піонер-11», з'явилася вперше в 1974 році, проте не була тоді визнана.

 

Внутрішня будова

 

Внутрішню будову Юпітера  можна уявити у вигляді оболонок із густиною, що зростає в напрямку до центра планети. На дні атмосфери  завтовшки 1500 км розташований шар  газорідкого водню завтовшки  близько 7000 км. На рівні 0,88 радіуса  планети, де тиск становить 0,69 Мбар, а температура — 6200°С, водень переходить у рідкомолекулярний стан і ще через 8000 км — у рідкий металевий стан. Поряд з воднем і гелієм шари містять невелику кількість важких елементів. Внутрішнє ядро діаметром 25000 км — металосилікатне, із часткою води, аміаку й метану, оточене гелієм. Температура в центрі становить 23000 градусів, а тиск — 50 Мбар.

Вимірювання з КА підтвердили  існування значного теплового потоку з надр Юпітера, хоча й трохи меншого, ніж за даними наземних спостережень. Тобто, Юпітер випромінює в космос приблизно  вдвічі більше енергії, ніж одержує  від Сонця. З цим пов'язано згадане  перевищення ефективної температури  над рівноважною. Механізм генерації  внутрішнього тепла до кінця незрозумілий[Джерело?]. Вірогідними джерелами може бути стиснення (~1 мм на рік[Джерело?]), що супроводжується виділенням гравітаційної  енергії; безперервний перехід молекулярного  водню в металевий; «осадження»  гелію з воднево-гелієвого розчину  і дрейф гелію до центру планети.

Супутники

 

За даними на березень 2012-го року навколо Юпітера обертаються 66 супутників, завжди звернених до нього  одним боком (внаслідок припливних сил). Їх можна розділити на декілька груп. Внутрішні супутники обертаються  майже круговими орбітами, що практично  лежать у площині екватора планети. Чотири  найближчих до планети супутника Адрастея, Метида, Амальтея і Тебадіаметром від 40 до 270 км перебувають на відстані 1—3 радіусів Юпітера й наближаються до межі Роша. Чотири наступні — найбільші, розташовані на відстані від 6 до 26 радіусів Юпітера. Їх відкрито 1610 року майже одночасно Симоном Марієм та Галілеєм. Їх називають галілеєвими супутниками, хоча перші таблиці руху цих супутників Іо, Європи, Ганімеду і Каллісто склав Марій.

Зовнішня група складається  з маленьких (діаметром від 10 до 180 км) супутників, що рухаються витягнутими  й дуже нахиленими до екватора Юпітера  орбітами. Чотири ближчі до Юпітера  супутники Леда, Гімалія, Лісітея, Елара рухаються в напрямку обертання Юпітера, а чотири зовнішніх супутники Ананке, Карме, Пасіфе і Сінопе рухаються у зворотному напрямку.

За допомогою наземних телескопів нового покоління групою астрономів з Астрономічного інституту Гавайського університету було  відкрито ще 47 супутників Юпітера: спочатку діаметром 4-10 км (наприкінці 2000-го року), потім — діаметром від 2 до 4 км (2001 рік).

За кількістю супутників Юпітер обігнав Сатурн 2011 року. Останній супутник — S/2010 J 2 було відкрито 8 вересня 2010 року Крістіаном Вейллетом за допомогою 3,6-метрового телескопу Канада-Франція-Гаваї. Повідомлення про відкриття опубліковано 1 червня 2011 року.

Сатурн

 

Сатурн — шоста за віддаленістю від Сонця та друга за розмірами  планета Сонячної системи. Сатурн швидко обертається навколо своєї осі (з періодом — 10,23 години), складається  переважно з рідкого водню  і гелію, має товстий шар атмосфери. Сатурн обертається навколо Сонця  за 29,46 земних років на середній відстані 1427 млн км. Екваторіальний діаметр верхньої межі хмар — 120 536 км, а полярний на кілька сотень кілометрів менший. В атмосфері Сатурна міститься 94% водню і 6% гелію (за об’ємом). Його маса у 95 разів більша за масу Землі, магнітне поле потужніше в тисячу разів. Вважається, що Сатурн має невелике ядро з силікатів і заліза, покрите льодом і глибоким шаром рідкого водню. Відомо про існування 62 природних супутників Сатурна, найбільший з яких — Титан.

На відміну від Юпітера, смуги на Сатурні доходять до дуже високих широт — 78 градусів. Спостерігається  величезне овальне утворення  розміром із Землю, розташоване недалеко від північного полюса, назване Великою  Білою плямою, виявлено кілька плям меншого розміру. Через більшу, ніж  на Юпітері швидкість потоків, ці ураганні вихори швидко згасають і  перемішуються зі смугами. Швидкості  зональних вітрів поблизу екватора сягають 400—500 м/с, а на широті 30 градусів — близько 100 м/с. Невисока контрастність  кольорів на видимому диску Сатурна  пов’язана з тим, що через низькі температури в надхмарній атмосфері  Сатурна, де пари аміаку виморожуються, утворюється шар густого туману, який ховає структуру поясів і  зон, тому на Сатурні вони помітні  не так чітко, як на Юпітері.

Кільця Сатурна

 

Візитною карткою Сатурна  є відомі кільця, що оперізують планету  навколо екватора і складаються  з безлічі крижаних часток з розмірами  часток від міліметра до декількох  метрів. Вісь обертання Сатурна нахилена до площини його орбіти на 26° 44', тому під час руху орбітою кільця змінюють свою орієнтацію відносно Землі. Коли площина кілець перетинає Землю, навіть у середні телескопи побачити їх неможливо, тому що товщина кілець — усього кілька десятків метрів, хоча їхня ширина сягає 137 000 км. Кільця обертаються  навколо Сатурна і, відповідно до законів Кеплера, швидкість обертання внутрішніх частин кільця більша, ніж зовнішніх.

Існує три головних кільця, названих A, B і C. Вони добре помітні з Землі. Слабші кільця називають D, E та F. При ближчому розгляді кілець виявляється дуже багато. Між кільцями існують щілини, де немає частинок. Найбільшу щілину, яку можна побачити у середній телескоп із Землі (між кільцями А и В), названо щілиною Кассіні. Ясними ночами у потужніші телескопи можна побачити й менш помітні щілини.

Кільця є залишками  протопланетної хмари, з якої утворилися всі тіла Сонячної системи. Всередині межі Роша, де обертається більша частина кілець, утворення супутників неможливе через гравітаційний вплив планети, що руйнує всі більш-менш значні тіла. Частинки кілець багаторазово зіштовхуються, руйнуються і злипаються знову.

 

Сатурн, фотографія  
з «Вояджера-1»

Супутники Сатурна

 

 

Сатурн має близько 60 супутників (до 2000 року було відомо 18) і 12 з них — понад 100 км у діаметрі.

Уран

 

Уран — сьома від  Сонця велика планета Сонячної системи, належить до планет-гігантів. Третя  за діаметром та четверта за масою  планета Сонячної системи. Була відкрита у 1781 році англійським астрономом Вільямом Гершелем. Планета названа ім'ям античного божества Урана, уособлення неба та піднебесного простору. Уран був батьком Кроноса (або Сатурна — у римському пантеоні).

На відміну від інших  газових гігантів — Сатурна та Юпітера, що складаються в основному  з водню і гелію, в надрах Урана  та схожого з ним Нептуна, відсутній  металевий водень. Проте у них  є багато високотемпературних модифікацій  льоду — з цієї причини фахівці  виділили ці дві планети в окрему категорію «крижаних гігантів». Проте на відміну від Нептуна, надра Урана складаються в  основному з льодів і гірських порід. Основу атмосфери Урана складають  водень та гелій. Крім того, в ній  виявлені сліди метану та інших вуглеводнів, а також хмари з льоду, твердого аміаку і водню. Уран має найхолоднішу планетарну атмосферу у Сонячній системі з мінімальною температурою в 49 К (-224 °C). 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.

Рух, розміри, маса

 

Уран рухається навколо Сонця майже круговою орбітою, середня відстань від Сонця у 19 разів більша, ніж у Землі, і становить 2871 млн км. Один оберт навколо Сонця Уран здійснює за 84,01 земного року. Період власного обертання Урана становить приблизно 17 годин. Неточність визначення значення цього періоду обумовлена декількома причинами, із яких основними є дві: газова поверхня планети не обертається як єдине ціле і, крім того, на поверхні Урана не виявлено помітних локальних неоднорідностей, що допомогли б уточнити тривалість доби на планеті.

Обертання Урана має низку відмітних рис: вісь його обертання майже горизонтальна (нахилена під кутом 98° до площини орбіти), а напрямок обертання зворотний напрямку обертання навколо Сонця (з усіх інших планет зворотний напрямок обертання спостерігається тільки у Венери).

Уран належить до числа планет-гігантів: його екваторіальний радіус (25600 км) майже в чотири рази більший, а маса (8,7·1025 кг) — у 14,6 разів більша, ніж у Землі. Середня густина Урана (1,26г/см³) у 4,38 рази менша, ніж густина Землі. Порівняно мала густина типова для планет-гігантів: у процесі формування з газово-пилової протопланетної хмари найлегші компоненти (водень та гелій) стали для них основним «будівельним матеріалом», тимчасом як планети земної групи значною мірою їх втратили і тому мають помітно більшу частку важчих елементів.