Глава 12. Планеты-гиганты и планеты-карлики.
К планетам-гигантам относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Их общими признаками являются следующие:
- значительно большие по сравнению с Землей размеры
- разреженное состояние планетного вещества
- высокие скорости осевого вращения
- наличие систем колец и большого числа спутников.
1.Юпитер входит в число пяти планет, которые человек может наблюдать невооруженным глазом. Это второй по яркости объект земного неба.
Масса Юпитера почти в 2,5 раза превышает суммарную массу остальных планет и в 318 раз больше массы Земли.
По современным сведениям, Юпитер состоит примерно на 74 % из водорода, на 20 % из гелия и на 6 % из более тяжелых химических элементов, находящихся в недрах планеты. С помощью космических аппаратов вокруг Юпитера было обнаружено кольцо, внешний радиус которого близок к 126 000 км. Кольцо очень тонкое, обращено к Земле ребром и поэтому с Земли не видно.
7 января 1610 года Галилей, наблюдая Юпитер в телескоп собственной конструкции, открыл четыре самых крупных его спутника, - Ио, Каллисто, Европу и Ганимед – названных впоследствии в его честь Галилеевыми лунами. Семейство спутников Юпитера имеет наибольшую в Солнечной системе численность и достигает по современным представлениям, 69 объектов разного размера.
Атмосфера Юпитера в основном состоит из молекулярного водорода и гелия, и содержит также немало простых соединений, например, воду, метан, сероводород, аммиак и фосфин. Ряд атмосферных явлений на Юпитере: штормы, молнии, полярные сияния, — имеет масштабы, на порядки превосходящие земные. Примечательным образованием в атмосфере является Большое красное пятно — гигантский шторм, известный с XVII века.
Рис.12/1. а - внутреннее строение Юпитера, б – вид Юпитера из космоса.
На рисунке 12/1,б хорошо видно знаменитое Большое Красное Пятно. В настоящее время оно имеет размеры 15×30 тыс. км (диаметр Земли ~12,7 тыс. км), а 100 лет назад наблюдатели отмечали в 2 раза большие размеры. Большое красное пятно — это уникальный долгоживущий гигантский ураган, вещество в котором вращается против часовой стрелки и совершает полный оборот за 6 земных суток. Скорость вращения Большого красного пятна составляет 360 км/ч. Его средняя температура составляет −163 °C.
Рис.12/2. Одна из моделей существования Большого Красного пятна.
2.Сатурн также можно разглядеть невооруженным глазом, он окрашен, в отличие от белого Юпитера, в светло-желтый цвет. Его масса в 95 раз и экваториальный радиус (60 370 км) в 9,5 раза превышают земные. Средняя плотность Сатурна равна 690 кг/м3.
В основном Сатурн состоит из водорода, с примесями гелия и следами воды, метана, аммиака и тяжелых элементов. Внутренняя область представляет собой относительно небольшое ядро из железа, никеля и льда, покрытое тонким слоем металлического водорода и газообразным внешним слоем.
Рис.12/3. Фотография Сатурна, сделанная межпланетной станцией «Кассини».
Сатурн обладает заметной системой колец, состоящей главным образом из частичек льда, меньшего количества тяжёлых элементов и пыли. Кольца Сатурна были открыты еще в 1657 г. голландским физиком X. Гюйгенсом. Вокруг планеты обращается 62 известных на данный момент спутника с поперечниками от 34 до 5150 км. Титан — самый крупный из них, а также второй по размерам спутник в Солнечной системе (после спутника Юпитера, Ганимеда), который превосходит по своим размерам Меркурий и обладает единственной среди спутников планет Солнечной системы плотной атмосферой.
3.Уран - седьмая по удаленности от Солнца, третья по диаметру и четвертая по массе планета Солнечной системы. Была открыта в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем 13 марта 1781 года, и названа в честь греческого бога неба Урана.
Уран стал первой планетой, обнаруженной в Новое время и при помощи телескопа. Отличительной особенностью Урана является необычный характер наклона его оси вращения. Плоскость экватора Урана наклонена к плоскости его орбиты под углом 97,86° — то есть планета вращается, «лежа на боку слегка вниз головой». Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран больше похож на катящийся шар. Вокруг Урана обращаются 27 спутников, из которых самыми крупными являются Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон.
По результатам исследований Урана можно сделать вывод, что планета состоит в основном из различных льдов — водного, аммиачного и метанового. Их масса, по разным оценкам, составляет от 9,3 до 13,5 земных масс. Водород и гелий составляют лишь малую часть от общей массы (между 0,5 и 1,5 земных масс); оставшаяся доля (0,5 — 3,7 земных масс) приходится на горные породы (которые, как полагают, составляют ядро планеты).
Рис.12/4. Кольца и спутники Урана.
4.Нептун - восьмая планета Солнечной системы. Нептун также является четвертой по диаметру и третьей по массе планетой. Масса Нептуна в 17,2 раза, а диаметр экватора в 3,9 раза больше земных. Нептун стал первой планетой, открытой благодаря математическим расчетам, а не путем регулярных наблюдений. Впервые элементы орбиты Урана были вычислены в 1783 году французским астрономом Пьером-Симоном Лапласом, однако со временем были выявлены несоответствия расчетных и наблюдаемых положений планеты. В 1841 году британец Джон Кауч Адамс первым предположил, что ошибки в расчетах вызваны гравитационным воздействием ещё не открытой планеты. В 1845 году французский математик Урбен Леверье начал независимую работу по вычислению элементов орбиты Урана, а 23 сентября 1846 года Иоганн Готфрид Галле обнаружил новую планету, позже названную Нептуном, почти на том же месте, которое предсказал Леверье.
Нептун по составу близок к Урану, и обе планеты отличаются по составу от более крупных планет-гигантов — Юпитера и Сатурна. Иногда Уран и Нептун помещают в отдельную категорию «ледяных гигантов».
В атмосфере Нептуна бушуют самые сильные ветры среди планет Солнечной системы, по некоторым оценкам, их скорости могут достигать 2100 км/ч. Во время пролета «Вояджера-2» в 1989 году в южном полушарии Нептуна было обнаружено так называемое Большое темное пятно, аналогичное Большому красному пятну на Юпитере. Температура Нептуна в верхних слоях атмосферы близка к −220 °C.
У Нептуна есть слабая и фрагментированная система колец, возможно, обнаруженная еще в 1960-е годы, но достоверно подтвержденная «Вояджером-2» лишь в 1989 году.
У Нептуна на данный момент известно 14 спутников. Масса крупнейшего составляет более, чем 99,5 % от суммарной массы всех спутников Нептуна, и лишь он массивен настолько, чтобы стать сфероидальным. Это Тритон, открытый Уильямом Ласселем всего через 17 дней после открытия Нептуна. В отличие от всех остальных крупных спутников планет в Солнечной системе, Тритон обладает ретроградной орбитой, то есть, вращается в противоположную сторону. Возможно, он был захвачен гравитацией Нептуна, а не сформировался на месте, и, возможно, когда-то был карликовой планетой в поясе Койпера.
Рис.12/5. Фотография Нептуна с межпланетной станции «Вояджер».
Рис.12/6. Штормы Нептуна. Вверху – Большое Темное Пятно,
Посередине Скутер (белое треугольное облачко), внизу –
Малое Темное пятно.
Термин «карликовые планеты» появился в 2006 г. при разработке новой классификации объектов планетных систем, в том числе Солнечной системы. Причиной для этого послужила череда открытий малых планет за пределами орбиты Нептуна в начале XXI в. Эта группа небесных тел пока что остается наименее изученной ввиду их удаленности от центра нашей системы.
Одна из планет-карликов Плутон с момента своего открытия в 1930 г. и до 2006 г. считался даже девятой планетой Солнечной системы.
Карликовая планета, согласно определению XXVI Ассамблеи Международного астрономического союза в 2006 году — это небесное тело, которое:
- обращается по орбите вокруг Солнца;
- имеет достаточную массу для того, чтобы, в отличие от малых тел Солнечной системы, под действием сил гравитации поддерживать близкую к сферической форму;
- не является спутником планеты;
- не может, в отличие от планет, расчистить район своей орбиты от других объектов.
Ассамблеей Международного астрономического Союза официально признаны 5 карликовых планет: крупнейший астероид Церера и транснептуновые объекты Плутон, Эрида, Макемаке, Хаумеа; однако возможно, что по меньшей мере еще 40 из известных объектов в Солнечной системе принадлежат к этой категории.
Рис.12/7. Сравнительные размеры карликовых планет и Земли.