8. Юпитер
Крупнейшая планета Солнечной системы, Юпитер, в 11 раз больше Земли и в 318 раз массивнее ее. Его низкая средняя плотность указывает на состав, близкий к солнечному: в основном это водород и гелий. Быстрое вращение Юпитера вокруг оси вызывает его полярное сжатие на 6,4%.
В телескоп на Юпитере видны облачные полосы, параллельные экватору; светлые зоны в них перемежаются красноватыми поясами. Вероятно, светлые зоны - это области восходящих потоков, где видны верхушки аммиачных облаков; красноватые пояса связаны с нисходящими потоками, яркий цвет которых определяют гидросульфат аммония, а также соединения красного фосфора, серы и органические полимеры. Температура на уровне верхушек аммиачных облаков 125C, но с глубиной она увеличивается на 2,5 C/км. На глубине 60 км должен быть слой водяных облаков.
Скорости движения облаков в зонах и соседних поясах существенно различаются: так, в экваториальном поясе облака движутся к востоку на 100 м/с быстрее, чем в соседних зонах. Разница скоростей вызывает сильную турбулентность на границах зон и поясов, что делает их форму весьма замысловатой. Одним из проявлений этого служат овальные вращающиеся пятна, крупнейшее из которых - Большое Красное Пятно - было открыто более 300 лет назад Кассини. Это пятно больше диска Земли, оно имеет спиральную циклоническую структуру и совершает один оборот вокруг оси за 6 сут. Остальные пятна меньшего размера и почему-то все белые.
У Юпитера нет твердой поверхности. Верхний слой планеты протяженностью 25% радиуса состоит из жидкого водорода и гелия. Ниже, где давление превышает 3 млн. бар, а температура 10 000 C, водород переходит в металлическое состояние. Возможно, вблизи центра планеты есть жидкое ядро из более тяжелых элементов с общей массой порядка 10 масс Земли. В центре давление около 100 млн. бар и температура 20-30 тыс. C.
Жидкие металлические недра и быстрое вращение планеты стали причиной ее мощного магнитного поля, которое в 15 раз сильнее земного. Огромная магнитосфера.
Юпитера с мощными радиационными поясами простирается за орбиты его четырех крупных спутников.
Температура в центре Юпитера всегда была ниже, чем необходимо для протекания термоядерных реакций. Но внутренние запасы тепла у Юпитера, оставшиеся с эпохи формирования, велики. Даже сейчас, спустя 4,6 млрд. лет, он выделяет примерно столько же тепла, сколько получает от Солнца; в первый миллион лет эволюции мощность излучения Юпитера была в 104 раз выше. Поскольку это была эпоха формирования крупных спутников планеты, не удивительно, что их состав зависит от расстояния до Юпитера: два ближайших к нему - Ио и Европа - имеют довольно высокую плотность (3,5 и 3,0 г/см3), а более далекие - Ганимед и Каллисто - содержат много водяного льда и поэтому менее плотны.
У Юпитера не менее 16 спутников и слабое кольцо: оно удалено на 53 тыс. км от верхнего слоя облаков, имеет ширину 6000 км и состоит, по-видимому, из мелких и очень темных твердых частиц. Четыре крупнейших спутника Юпитера называют галилеевыми, поскольку их открыл Галилей в 1610; независимо от него в том же году их обнаружил немецкий астроном Марий, давший им нынешние имена - Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Наименьший из спутников - Европа - чуть меньше Луны, а Ганимед больше Меркурия.
На поверхности Ио «Вояджеры» обнаружили несколько действующих вулканов, выбрасывающих вещество на сотни километров вверх. Поверхность Ио покрыта рыжеватыми отложениями серы и светлыми пятнами двуокиси серы - продуктами вулканических извержений. В виде газа двуокись серы образует крайне разреженную атмосферу Ио. Энергия вулканической деятельности черпается из приливного влияния планеты на спутник. Орбита Ио проходит в радиационных поясах Юпитера, и давно уже установлено, что спутник сильно взаимодействует с магнитосферой, вызывая в ней радиовсплески. В 1973 вдоль орбиты Ио обнаружен тор из светящихся атомов натрия; позже там были найдены ионы серы, калия и кислорода. Экати вещества выбиваются энергичными протонами радиационных поясов либо прямо из поверхности Ио, либо из газовых «плюмажей» вулканов.
Хотя приливное влияние Юпитера на Европу слабее, чем на Ио, его недра тоже могут быть частично расплавлены. Спектральные исследования показывают, что на поверхности Европы лежит водяной лед, а его красноватый оттенок, вероятно, связан с загрязнением серой от Ио. Почти полное отсутствие ударных кратеров указывает на геологическую молодость поверхности. Складки и разломы ледяной поверхности Европы напоминают ледяные поля земных полярных морей; вероятно, на Европе под слоем льда находится жидкая вода.
Ганимед - крупнейший спутник в Солнечной системе. Его плотность невелика; вероятно, он состоит наполовину из каменных пород и наполовину из льда. Его поверхность выглядит странно и хранит следы расширения коры, возможно, сопровождавшего процесс дифференциации недр. Участки древней кратерированной поверхности разделены более молодыми желобами, длиной в сотни километров и шириной 1-2 км, лежащими на расстоянии 10-20 км друг от друга. Вероятно, это более молодой лед, образовавшийся при излиянии воды сквозь трещины сразу после дифференциации около 4 млрд. лет назад.
Каллисто похож на Ганимед, но на его поверхности нет следов разломов; вся она очень старая и сильно кратерированная. Поверхность обоих спутников покрыта льдом вперемежку с горными породами типа реголита. Но если на Ганимеде лед составляет около 50%, то на Каллисто - менее 20%. Состав горных пород Ганимеда и Каллисто, вероятно, похож на состав углеродистых метеоритов.
Из дюжины малых спутников Юпитера четыре расположены ближе галилеевых к планете; крупнейший из них Амальтея - кратерированный объект неправильной формы. Его темная поверхность - очень красная - возможно, покрыта серой с Ио. Внешние малые спутники Юпитера делятся на две группы в соответствии с их орбитами: 4 более близких к планете обращаются в прямом (относительно вращения планеты) направлении, а 4 более далеких - в обратном. Все они маленькие и темные; вероятно, они захвачены Юпитером из числа астероидов группы Троянцев.
9. Cатурн
Вторая по размеру планета-гигант. Это водородно-гелиевая планета, однако относительное содержание гелия у Сатурна меньше, чем у Юпитера; ниже и его средняя плотность. Быстрое вращение Сатурна приводит к его большой сплюснутости (11%).
Верхние области его атмосферы заполнены рассеивающим свет аммиачным туманом. Сатурн дальше от Солнца, поэтому температура его верхней атмосферы на 35 C ниже, чем у Юпитера, и аммиак находится в сконденсированном состоянии. С глубиной температура атмосферы возрастает на 1,2 C/км, поэтому облачная структура напоминает юпитерианскую: под слоем облаков из гидросульфата аммония находится слой водяных облаков.
По внутреннему строению Сатурн также напоминает Юпитер, хотя из-за меньшей массы имеет меньшее давление и температуру в центре Магнитное поле Сатурна сравнимо с земным.
Как и Юпитер, Сатурн выделяет внутреннее тепло, причем вдвое больше, чем получает от Солнца. Правда, это отношение больше, чем у Юпитера, потому, что расположенный вдвое дальше Сатурн получает от Солнца вчетверо меньше тепла.
Кольца Сатурна. Сатурн опоясан уникально мощной системой колец до расстояния 2,3 радиуса планеты. Они легко различимы при наблюдении в телескоп, а при изучении с близкого расстояния демонстрируют исключительное разнообразие: от массивного кольца B до узкого кольца F, от спиральных волн плотности до совершенно неожиданных радиально вытянутых «спиц», открытых «Вояджерами».
Частицы, заполняющие кольца Сатурна, значительно лучше отражают свет, чем вещество темных колец Урана и Нептуна; их исследование в разных спектральных диапазонах показывает, что это «грязные снежки» с размерами порядка метра. Три классических кольца Сатурна по порядку от внешнего к внутреннему обозначают буквами A, B и C. Кольцо B довольно плотное: радиосигналы от «Вояджера» проходили через него с трудом. Промежуток в 4000 км между кольцами A и B, называемый делением (или щелью) Кассини, в действительности не пуст, а по плотности сравним с бледным кольцом C, которое раньше называли креповым кольцом. Вблизи внешнего края кольца A есть менее заметная щель Энке.
В 1859 Максвелл заключил, что кольца Сатурна должны состоять из отдельных частиц, обращающихся по орбитам вокруг планеты. В конце 19 в. это было подтверждено спектральными наблюдениями, показавшими, что внутренние части колец обращаются быстрее внешних. Поскольку кольца лежат в плоскости экватора планеты, а значит, наклонены к орбитальной плоскости на 27°, Земля дважды за 29,5 лет попадает в плоскость колец, и мы наблюдаем их с ребра. В этот момент кольца «пропадают», что доказывает их очень малую толщину - не более нескольких километров.
Детальные изображения колец, полученные «Пионером-11» (1979) и «Вояджерами» (1980 и 1981), показали значительно более сложную их структуру, чем ожидалось. Кольца разделены на сотни отдельных колечек с типичной шириной в несколько сотен километров. Даже в щели Кассини оказалось не менее пяти колечек. Детальный анализ показал, что кольца неоднородны как по размеру, так, возможно, и по составу частиц. Сложная структура колец, вероятно, обязана гравитационному влиянию маленьких близких к ним спутников, о которых прежде и не подозревали.
Вероятно, самым необычным является тончайшее кольцо F, открытое в 1979 «Пионером» на расстоянии 4000 км от внешнего края кольца A. «Вояджер-1» обнаружил, что кольцо F перекручено и заплетено, как коса, но пролетавший 9 мес. спустя «Вояджер-2» нашел строение кольца F значительно более простым: «пряди» вещества уже не переплетались между собой. Такая структура и ее быстрая эволюция частично объясняются влиянием двух маленьких спутников (Прометей и Пандора), движущихся у внешнего и внутреннего краев этого кольца; их называют «сторожевыми псами». Не исключено, однако, присутствие еще более мелких тел или временных скоплений вещества внутри самого кольца F.
Спутники. У Сатурна не менее 18 спутников. Большинство их них, вероятно, ледяные. У некоторых очень интересные орбиты. Например, у Януса и Эпиметея почти одинаковые радиусы орбит. По орбите Дионы на 60° впереди нее (это положение называют лидирующей точкой Лагранжа) движется меньший спутник Елена. Тефию сопровождают два маленьких спутника - Телесто и Калипсо - в лидирующей и отстающей точках Лагранжа ее орбиты.
С хорошей точностью измерены радиусы и массы семи спутников Сатурна (Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан и Япет). Все они в основном ледяные. Те, что поменьше, имеют плотности 1-1,4 г/см3, что близко к плотности водяного льда с большей или меньшей примесью горных пород. Содержат ли они метановый и аммиачный лед, пока не ясно. Более высокая плотность Титана (1,9 г/см3) есть результат его большой массы, вызывающей сжатие недр. По диаметру и плотности Титан очень похож на Ганимеда; вероятно, и внутренняя структура у них схожая. Титан второй по размеру спутник в Солнечной системе, а уникален он тем, что имеет постоянную мощную атмосферу, состоящую в основном из азота и небольшого количества метана. Давление у его поверхности 1,6 бар, температура 90 К. При таких условиях на поверхности Титана может быть жидкий метан. Верхние слои атмосферы до высот 240 км заполнены оранжевыми облаками, вероятно, состоящими из частиц органических полимеров, синтезирующихся под влиянием ультрафиолетовых лучей Солнца.
Остальные спутники Сатурна слишком малы, чтобы иметь атмосферу. Их поверхности покрыты льдом и сильно кратерированы. Лишь на поверхности Энцелада значительно меньше кратеров. Вероятно, приливное влияние Сатурна поддерживает его недра в расплавленном состоянии, а удары метеоритов приводят к излиянию воды и заполнению кратеров. Некоторые астрономы считают, что частицы с поверхности Энцелада образовали широкое кольцо E, протянувшееся вдоль его орбиты.
Очень интересен спутник Япет, у которого заднее (относительно направления орбитального движения) полушарие покрыто льдом и отражает 50% падающего света, а переднее полушарие такое темное, что отражает только 5% света; оно покрыто чем-то вроде вещества углистых метеоритов. Возможно, на переднее полушарие Япета попадает вещество, выброшенное под действием метеоритных ударов с поверхности внешнего спутника Сатурна Фебы. В принципе это возможно, поскольку Феба движется по орбите в обратном направлении. К тому же поверхность Фебы довольно темная, но точных данных о ней пока нет.
10. Уран
Уран имеет цвет морской волны и выглядит невыразительно, поскольку верхние слои его атмосферы заполнены туманом, сквозь который пролетавшему вблизи него в 1986 зонду «Вояджер-2» с трудом удалось увидеть несколько облаков. Ось планеты наклонена к орбитальной оси на 98,5°, т.е. лежит почти в плоскости орбиты. Поэтому каждый из полюсов некоторое время обращен прямо на Солнце, а затем на полгода (42 земных года) уходит в тень.
Атмосфера Урана содержит в основном водород, 12-15% гелия и немного других газов. Температура атмосферы около 50 К, хотя в верхних разреженных слоях она поднимается до 750 К днем и 100 К ночью. Магнитное поле Урана по напряженности у поверхности немного слабее земного, а его ось наклонена к оси вращения планеты на 55°. О внутренней структуре планеты известно мало. Вероятно, облачный слой простирается до глубины 11 000 км, затем следует горячий водяной океан глубиной 8000 км, а под ним расплавленное каменное ядро радиусом 7000 км.
Кольца. В 1976 были открыты уникальные кольца Урана, состоящие из отдельных тонких колечек, самая широкая из которых имеет толщину 100 км. Кольца расположены в диапазоне расстояний от 1,5 до 2,0 радиусов планеты от ее центра. В отличие от колец Сатурна кольца Урана состоят из крупных темных камней. Полагают, что в каждом кольце движется маленький спутник или даже два спутника, как в кольце F Сатурна.
Спутники. Открыто 20 спутников Урана. Крупнейшие - Титания и Оберон - диаметром по 1500 км. Есть еще 3 крупных, размером более 500 км, остальные очень маленькие. Спектры поверхности пяти крупных спутников указывают на большое количество водяного льда. Поверхности всех спутников покрыты метеоритными кратерами.
11. Нептун
Внешне Нептун похож на Уран; в его спектре также доминируют полосы метана и водорода. Поток тепла от Нептуна заметно превышает мощность падающего на него солнечного тепла, что указывает на существование внутреннего источника энергии. Возможно, значительная часть внутреннего тепла выделяется в результате приливов, вызванных массивным спутником Тритоном, который обращается в обратном направлении на расстоянии 14,5 радиуса планеты. «Вояджер-2», пролетев в 1989 на расстоянии 5000 км от облачного слоя, обнаружил у Нептуна еще 6 спутников и 5 колец. В атмосфере были открыты Большое Темное Пятно и сложная система вихревых потоков. На розоватой поверхности Тритона обнаружились удивительные геологические детали, включая мощные гейзеры. Открытый «Вояджером» спутник Протей оказался больше Нереиды, обнаруженной с Земли еще в 1949.
12. Плутон
У Плутона сильно вытянутая и наклоненная орбита; в перигелии он приближается к Солнцу на 29,6 а.е. и удаляется в афелии на 49,3 а.е. В 1989 Плутон прошел перигелий; с 1979 по 1999 он был ближе к Солнцу, чем Нептун. Однако из-за большого наклона орбиты Плутона его путь никогда не пересекается с Нептуном. Средняя температура поверхности Плутона 50 К, она изменяется от афелия к перигелию на 15 К, что весьма заметно при таких низких температурах. В частности, это приводит к появлению разреженной метановой атмосферы в период прохождения планетой перигелия, но ее давление в 100 000 раз меньше давления земной атмосферы. Плутон не может долго удерживать атмосферу - ведь он меньше Луны.
Спутник Плутона Харон обращается за 6,4 сут близко от планеты. Его орбита очень сильно наклонена к эклиптике, так что затмения происходят лишь в редкие эпохи прохождения Земли через плоскость орбиты Харона. Яркость Плутона регулярно меняется с периодом 6,4 сут. Следовательно, Плутон вращается синхронно с Хароном и на поверхности у него есть крупные пятна. По отношению к размеру планеты Харон очень велик. Часто пару Плутон - Харон называют «двойной планетой». Одно время Плутон считали «сбежавшим» спутником Нептуна, но после открытия Харона это выглядит маловероятным.
13. И так, что же такое Солнечная система
Солнечная система, система небесных тел (Солнце, планеты, спутники планет, кометы, метеорные тела, космическая пыль), двигающихся в области преобладающего гравитационного влияния Солнца. Наблюдаемые размеры Солнечная система определяются орбитой Плутона. Однако сфера, в пределах которой возможно устойчивое движение небесных тел вокруг Солнца, простирается почти до ближайших звёзд. Информацию о далёкой внешней области Солнечная система получают при наблюдениях приближающихся к Солнцу долгопериодических комет и при изучении космической пыли, заполняющей всю Солнечная система Общая структура Солнечная система была раскрыта Н. Коперником (середина 16 в.), который обосновал представление о движении Земли и др. планет вокруг Солнца. Гелиоцентрическая система Коперника впервые дала возможность определить относительные расстояния планет от Солнца, а следовательно, и от Земли. И. Кеплер открыл (начало 17 в.) законы движения планет, а И. Ньютон сформулировал (конец 17 в.) закон всемирного тяготения. Эти законы легли в основу небесной механики, исследующей движение тел Солнечная система Изучение физических характеристик космических тел, входящих в Солнечная система, стало возможным только после изобретения Г. Галилеем телескопа: в 1609 Галилей впервые направил изготовленный им маленький телескоп на Луну, Венеру, Юпитер и Сатурн и сделал ряд поразительных для его эпохи открытий. Наблюдая солнечные пятна, Галилей обнаружил вращение Солнца вокруг своей оси.
По физическим характеристикам большие планеты разделяются на внутренние (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и внешние планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Физические характеристики Плутона качественно отличны от характеристик планет-гигантов, и потому он не может быть отнесён к их числу. Обширная программа наблюдений, выполненная в 1963 американским астрономом К. Томбо для поиска планет, находящихся за пределами орбиты Плутона, не дала положительных результатов. В табл. приведены оскулирующие элементы больших планет (по Остервинтеру и Когену, США, 1972). Орбиты больших планет мало наклонены друг к другу и к фундаментальной плоскости Солнечная система (т. н. Лапласа неизменяемой плоскости).
На данный момент изучение Солнечной системы продолжается и неизвестно какие сюрпризы оно нам принесет в дальнейшем.
Страницы: 1, 2
