планеты гиганты. Планеты Гиганты. Планеты гиганты
 Скачать 35.76 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Челябинской области Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Челябинский профессиональный колледж» Сообщение на тему: Планеты гиганты Выполнил: Емельянов В.А. Группа 409 Преподаватель: Путилова Т.В. 2021 г. Введение Солнечная система — это система небесных тел, спаянных между собой взаимным притяжением. В нее входят: центральное тело — Солнце, 9 больших планет со своими спутниками, несколько тысяч малых планет или астероидов, несколько сотен наблюдаемых комет и бесчисленное множество метеоритных тел. Основные планеты разделены на две основные группы: земная группа — Меркурий, Венера, Земля и Марс — и юпитерианская группа, или гигантские планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. В этой классификации Плутону нет места, как по размеру, так и по свойствам, ближе к ледяным спутникам планет-гигантов. Разница в физических свойствах планет обусловлена тем, что группа Земли образовалась ближе к Солнцу, а планеты-гиганты — на очень холодной периферии Солнечной системы. Планеты земной группы относительно малы и имеют более высокую плотность. Их основные составляющие — силикаты и железо. У гигантских планет нет твердой поверхности. Кроме малых ядер, они образуются в основном из водорода и гелия и находятся в газожидкостном состоянии. Атмосфера этих планет, которая постепенно уплотняется, превращается в жидкую мантию. Гигантский Юпитер Юпитер — пятая по счету планета на расстоянии от Солнца и самая большая в Солнечной системе — будет находиться в 5,2 раза дальше от Солнца, чем Земля, и проведет на одной орбите почти 12 лет. Эквивалентный диаметр Юпитера составляет 142 600 км (в 11 раз больше диаметра Земли). Период вращения Юпитера — самой короткой из всех планет — 9ч.50 мин.30с на экваторе и 9ч.55мин.40с в средних широтах. Поэтому Юпитер вращается не так, как солнце, как твердое тело — скорость вращения на разных широтах разная. Из-за скорости вращения эта планета демонстрирует сильное сжатие на полюсах. Масса Юпитера — 318 весов земли. Средняя плотность составляет 1,33 г/см, что близко к плотности солнца. Ось вращения Юпитера почти перпендикулярна плоскости его орбиты (наклон 87 5o). Даже в маленьком телескопе можно увидеть полярное сжатие Юпитера и полосы на его поверхности, параллельные экватору планеты. Видимая поверхность Юпитера — это верхняя плоскость облаков, окружающих планету. В результате все детали на поверхности Юпитера постоянно меняют свой внешний вид. Состав планеты Большое красное пятно, которое наблюдается уже более 300 лет, известно по прочным деталям. Это огромная овальная формация длиной около 35 000 км и шириной 14 000 км между полосами южных тропиков и южной умеренной зоны. Его цвет красноватый, но может меняться. Спектральные исследования Юпитера показали, что его атмосфера состоит из молекулярного водорода и его соединений: метана и аммиака. Этан, ацетилен, фосфен и водяной пар также присутствуют в небольших количествах. Облака Юпитера состоят из кристаллов и капель аммиака. В декабре 1973 года американскому космическому кораблю «Пионер-10» удалось обнаружить присутствие гелия в атмосфере Юпитера и измерить его содержание. Можно предположить, что атмосфера Юпитера на 87% состоит из водорода и 13% гелия. Метан составляет не более 0.1% атмосферного состава планеты (по массе).Толщина атмосферного слоя составляет около 1000 км. Под слоем чистого газа в атмосфере находится слой облака, который мы видим в телескопе. Толщина слоя жидкого молекулярного водорода составляет 24 000 км. На этой глубине давление достигает 300 ГПа, а температура 11 000 K. Здесь водород переходит в жидкостное металлическое состояние, т.е. становится похожим на жидкий металл. Толщина слоя жидкого металлического водорода составляет около 42 000 км. Внутри находится небольшое железо-силикатное твердое ядро радиусом 4 000 км. На границе ядра температура достигает 30 000 К. В 1956 году радиоизлучение Юпитера было обнаружено на волне 3 см, что соответствует тепловому излучению с температурой 145 К. Согласно измерениям в инфракрасном диапазоне, температура крайних облаков Юпитера составляет 130 К. Полеты американских космических зондов «Пионер-10» и «Пионер-11» позволили уточнить структуру магнитосферы Юпитера, а изменения температуры слоя облаков подтвердили прежде всего известный по наземным наблюдениям результат: количество тепла, выделяемого Юпитером, более чем в два раза превышает тепловую энергию, получаемую планетой от Солнца. Возможно, что тепло, поступающее из недр планеты, выделяется при медленном сжатии гигантской планеты (1 мм. в год). Магнитное поле Юпитера. Магнитные полярные планеты оказались сложными и состояли из двух полей: диполя (как поле Земли), простирающегося до 1,5 миллионов километров от Юпитера, и не диполя, занимающего остальную часть магнитосферы. Интенсивность магнитного поля на поверхности в 20 раз больше, чем на Земле. Помимо теплового и дециметрового радиоизлучения Юпитер является источником радиовсплесков (резкое увеличение мощности излучения) с длинами волн от 4 до 85 метров, которые могут длиться от доли секунды до нескольких минут или даже часов. Долгосрочные возмущения, однако, представляют собой не единичные всплески, а серию всплесков — своего рода шумовую бурю и грозу. Согласно современным гипотезам, эти извержения объясняются флуктуациями плазмы в ионосфере планеты. Спутник. У Юпитера 16 спутников. Первые 4 спутника были открыты Галилеем (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто). Они перемещаются, как и самый внутренний, ближайший спутник Амалии, почти в экваториальной плоскости планеты. Ио и Европа почти сопоставимы с Луной, а Ганимед и Каллисто даже больше Меркурия, хотя их масса намного меньше. По сравнению с другими спутниками, «Галилейские» спутники изучены более тщательно. Внешние спутники двигаются по орбите планеты на значительно расширенных орбитах с большими углами наклона к экватору (до 30 5o). Это небольшие тела — от 10 до 120 км, явно нестандартной формы. Самые дальние 4 спутника Юпитера вращаются по орбите планеты в противоположном направлении. Кольца Юпитера По данным, полученным с американского космического зонда «Вояджер», Юпитер окружен кольцевой системой в экваториальном регионе. Кольцо расположено на расстоянии 50 000 км. От поверхности планеты ее ширина составляет около 1000 км. Существование кольца Юпитера было предсказано в 1960 году астрономом С.К. Всех святским на основе наблюдений. Юпитер производит сильное аврора бореалис и сильные радиопомехи; в его окрестностях межпланетные приборы наблюдают пылевые бури — потоки мелких твердых частиц, высвобождающихся в результате электромагнитных процессов в магнитосфере планеты. Маленькие частицы, электрически заряженные воздействием солнечного ветра, имеют очень интересную динамику: как инцидент между макро- и микротелами, они реагируют на гравитационные и электромагнитные поля примерно с одинаковой силой. Именно эти мелкие частицы камня в основном образуют кольцо Юпитера. Его основная часть имеет радиус 123-129 тысяч километров. Видеть кольцо Юпитера с Земли практически невозможно: оно очень тонкое и из-за небольшого наклона оси вращения Юпитера к плоскости его орбиты постоянно поворачивается к наблюдателю краем. Сатурн — это слава колец. Сатурн — вторая по величине планета в Солнечной системе. С телескопом средней мощности заметно, что глобус Сатурна сильно сплющенный — даже больше, чем у Юпитера. На поверхности планеты есть полосы, параллельные экватору, но менее заметные, чем на Юпитере. В этих группах можно увидеть многочисленные, хотя и слабые, детали, и именно на основе этих групп William Herschel определил период ротации Сатурна. Она была очень короткой, всего 10 часов и 16 минут. Экваториальный диаметр Сатурна лишь немного меньше, чем диаметр Юпитера, но Сатурн имеет более чем в три раза большую массу Юпитера и очень низкую среднюю плотность около 0,7 г/см. Низкая плотность объясняется тем, что гигантские планеты состоят в основном из водорода и гелия. Однако давление в глубинах Сатурна не достигает такого высокого значения, как в Юпитере, так что плотность там ниже. Спектроскопические исследования обнаружили некоторые молекулы в атмосфере Сатурна. Температура поверхности облаков на Сатурне близка к температуре плавления метана (-184 5о), от которой облачный слой планеты, скорее всего, 3о. Кольца Сатурна Телескоп показывает темные полосы, простирающиеся вдоль экватора, также называемые поясами, и светлые участки, но эти детали менее контрастны, чем на Юпитере, а одиночные пятна встречаются гораздо реже. Сатурн окружен кольцами, которые хорошо видны в телескопе в виде «ушек» с обеих сторон планетарного диска. Долгое время считалось, что небрежный спутник приближается к Сатурну и разрывается на части своими приливно-отливными силами. Но данные «Вояджера» опровергли это популярное мнение. Теперь ясно, что кольца Сатурна — это остатки огромного, многомиллионного, почти планетарного облака. Они были обнаружены Галилеем еще в 1610 году. Предположение, что планета окружена кольцом, сказал голландец Кристиан Гюйгенс. Его гипотеза изначально вызвала сильную критику со стороны православных. Кольца Сатурна — одно из самых удивительных и интересных образований в Солнечной системе. Система с плоским кольцом вращается вокруг экватора и нигде не касается поверхности. Кольца разделены на три основные концентрические зоны, разделенные узкими зазорами: внешнее кольцо A, среднее B (самое яркое), внутреннее кольцо C, достаточно прозрачное, «блинчик», внутренний край не острый. Части внутреннего кольца, расположенные ближе всего к планете, обозначены символом D. Также было обнаружено, что наружное кольцо D’ почти прозрачно. Звезды сияют сквозь все кольца Сатурна. Кольца вращаются вокруг Сатурна, при этом внутренние кольца движутся с большей скоростью, чем наружные. Кольца Сатурна — не массивные, а плоская система бесконечных малых спутников на планете. Плоскость колец практически совпадает с экваториальной плоскостью Сатурна и имеет постоянный наклон к плоскости орбиты, который составляет около 27,5o. В зависимости от положения планеты на орбите, мы видим кольца с одной стороны на другую. Полный цикл изменения их внешнего вида заканчивается в течение 29,5 лет — это период орбиты Сатурна вокруг Солнца. Время от времени кольца в телескопах среднего размера уже не видны. Это происходит, когда плоскость колец проходит прямо сквозь Солнце и с поверхности выделяется яркий свет, или когда кольца обращены к «краю» наблюдателя и выглядят как чрезвычайно тонкая полоска, которая видна только в самых больших телескопах. По современным данным, толщина колец составляет около 3,5 км. Он очень мал по сравнению с их диаметром, который составляет 275 тыс. км на внешнем краю кольца А. Размеры частиц еще не определены окончательно. Радиоастрономические наблюдения показывают, что кольца содержат много частиц размером не менее нескольких сантиметров. Не исключено, что кольца Сатурна могут содержать помимо пыли и более крупные частицы. Инфракрасные спектры колец Сатурна напоминают спектры водяной заморозки. В других частях спектра, однако, позже была обнаружена особенность, не характерная для чистого льда. Спутники У Сатурна 22 известных спутника. Все они названы в честь древних героев: Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан, Гиперион, Прометей, Пандора, Эпиметий, Япет, Феба, Янус, Телесто, Калипсо, Диона и др. Из этих спутников наиболее интересны следующие четыре: Янус — самый близкий к Сатурну, движущийся настолько близко к поверхности планеты, что его находят только тогда, когда кольца Сатурна, создавая яркий ореол в поле зрения телескопа. Самый большой спутник Сатурна — Титан — по размерам и массе является одним из крупнейших спутников Солнечной системы. Его диаметр примерно равен диаметру Ганимеда. Титан окружен атмосферой, состоящей из метана и водорода. Через него проходят непрозрачные облака. Все спутники Сатурна, кроме Фебы, вращаются по прямой. Фиби движется по орбите в противоположном направлении с довольно большой эксцентричностью. Диаметр 220 километров, полный оборот вокруг Сатурна Фиби составляет за 1,5 года. Хипперион — темный спутник нерегулярной формы 330х240х200 километров с хаотичной самообороной, период которой колеблется на десятки процентов в течение нескольких недель. Радиус его орбиты — 1,481 миллион километров. Yapet отличается резкой асимметрией полусферической яркости — в десять раз больше. Его диаметр составляет 1440 километров, а радиус его орбиты — 3561 миллион километров. Ученые связывают интенсивное очернение фронта Япета с бомбардировкой мелкой пылью с внешнего спутника — Фебы. Уран находится вокруг солнца и лежит на стороне солнца Уран — седьмой по порядку солнечных планет в Солнечной системе. Это почти в четыре раза больше диаметра Земли. Он очень далеко от солнца и относительно тускло освещен. Уран был открыт в 1781 году английским ученым У. Гершелем. Все детали на поверхности Урана невозможно различить в поле зрения телескопа из-за малых угловых размеров планеты. Это усложняет их исследования, в том числе изучение моделей ротации. Очевидно, что Уран (в отличие от всех других планет) вращается вокруг своей оси, как будто лежит на боку. Такой наклон экватора создает необычные условия освещения: На полюсах в определенное время года солнечные лучи падают почти вертикально, а полярные день и ночь покрывают (поочередно) всю поверхность планеты, за исключением узкой полосы вдоль экватора. В виду того что Уран двигает по орбите солнце в 84 летах, полярный день длится 42 лет на полюсах, за которыми последовала полярная ноча такой же продолжительности. Только в экваториальном поясе Урана Солнце восходит и заходит регулярно с периодичностью равномерного осевого вращения планеты. Даже в тех регионах, где Солнце находится в зените, температура на Уране (точнее, на видимой поверхности облаков) составляет около -215 5o C. В таких условиях некоторые газы замерзают. Спектроскопические наблюдения показали, что в атмосфере урана обнаружен водород и небольшая примесь метана. Гелий присутствует в относительно больших количествах, что связано с косвенными доказательствами. Как и у других гигантских планет, у Урана эта композиция, вероятно, почти до центра. Однако средняя плотность Урана (1,58 г/см 53 0) несколько выше плотности Сатурна и Юпитера, хотя вещество в недрах этих гигантов намного сильнее, чем у Урана. Такая плотность Урана может быть объяснена предположением о повышенном содержании гелия или существовании ядра тяжелых элементов в недрах Урана. Нептун — царство холода Нептун — восьмая планета в Солнечной системе. Нептун был обнаружен необычным образом. Было замечено, что под гравитационным притяжением Солнца и известных в то время планет Уран движется не совсем так, как должен. Затем они заподозрили существование еще одной массивной планеты и попытались вычислить ее положение в небе. Эта чрезвычайно сложная задача была успешно решена самостоятельно английским астрономом Ж. Адамсом и французом Ву. У. Леверье. После получения данных Leverieux, ассистент Берлинской обсерватории I. Галле 23. Сентябрь 1846 года открыл планету. Открытие Нептуна имело огромное значение, особенно потому, что послужило блестящим подтверждением закона гравитации, который лежит в основе вычислений. Общие характеристики Среднее расстояние Нептуна от солнца 30.1 в утре, с орбитальным периодом 164 лет и 288 дней. Значит, Нептун даже не совершил полной орбитальной революции с момента своего открытия. Очевидный угловой диаметр Нептуна составляет около 2 дюймов. Если измерять такой малый диаметр угловыми приборами с поверхности земли, то относительная погрешность очень велика. Диаметр Нептуна был уточнен 7 апреля 1967 года, когда планета затмила одну из далеких звезд в своем движении против звездного неба. По наблюдениям нескольких астрономических обсерваторий, экваториальный диаметр Нептуна составляет 50 200 км. Новые данные по диаметру позволили уточнить среднюю плотность Нептуна: Это было 2.30 г/см. Такие свойства характерны для планет-гигантов, которые состоят в основном из водорода и гелия с примесями соединений других химических элементов. Согласно расчетам, центр Нептуна содержит тяжелое ядро силикатов, металлов и других элементов, составляющих земную группу. Изучение того, как яркость звезды уменьшалась по мере того, как она входила в атмосферу Нептуна, дало много дополнительной информации. В частности, был определен средний молекулярный вес облачных слоев атмосферы Нептуна. Это соответствует молекулярному водороду с небольшой примесью метана. Детали на поверхности Нептуна очень трудно различить. Поэтому параметры суточного вращения — положение оси, направление и период вращения — очень трудно определить по данным наземных наблюдений. Спутники Нептуна У Нептуна только два спутника. Первый — Тритон, открытый в 1846 году английским астрономом-любителем Уильямом Ласселем. Спутник был необычным: он движется в направлении обратного вращения самой планеты. В настоящее время было обнаружено, что четыре самых дальних спутника Юпитера и самый дальний спутник Юпитера Феб ведут себя в обратном направлении. Тем не менее, Тритон выделяется: он имеет диаметр 2700 километров и содержит почти всю массу спутниковой системы «Нептун». Более того, он притягивает очень близко к Нептуну — на расстоянии всего 355 тысяч километров. Реверсивные спутники других планет имеют диаметры от 30 до 220 километров, содержат ничтожную долю массы своих спутниковых систем и находятся на расстоянии 13-25 миллионов километров от планет. Через две недели после открытия самого Нептуна был обнаружен второй спутник — Нерейд, очень маленький спутник диаметром 340 километров. У него очень большая орбита. Расстояние от спутника до планеты варьируется от 1,5 до 9,6 миллионов километров. В зависимости от перигея до апогея орбиты. Направление орбитального движения прямое. Нейрида совершает полный переворот вокруг Нептуна за 360 дней, в то время как Тритон совершает полный переворот за шесть дней. Арки в кольцах Нептуна После того, как во время солнечного затмения 1977 года были обнаружены кольца Урана, аналогичные наблюдения стали проводиться за Нептуном. И действительно, в середине 1980-х годов ученые обнаружили кольца, но, как ни странно, они были неполными. Эти сломанные кольца назывались дугами или луками. Дело в них распределено неравномерно: Плотность резко уменьшается на концах дуги. Очень трудно представить себе стабильное скопление частиц в одной части орбиты. Ведь периоды циркуляции независимых частиц хотя бы немного, но разные, поэтому вся коллекция должна постепенно расширяться по орбите и становиться кольцом.В августе 1989 года «Вояджер-2» сфотографировал уникальное образование — три плотных ярких дуги, выстроившиеся на непрерывном узком и прозрачном пылевом кольце. Внутри дуг видна цепь отдельных комков, расположенных на расстоянии нескольких сотен километров друг от друга. Обследование арок показало, что в них находится тюлень шириной 15 км посередине, окруженный прозрачной пылевой тропой шириной 50 км.Сложные расчёты привели к выводу, что Нептунные дуги представляют собой цепи эллиптических вихрей антициклонического типа, которые ранее были неизвестны науке и состоят из твёрдых частиц. Крупнейшие частицы, кажется, достигают размера в несколько сотен метров. Эти уникальные вихри называются эпитонами; они сложным образом взаимодействуют с ближайшим спутником (Галатеем), друг с другом и с непрерывным кольцом пыли. Заключение Перед мной стояло много вопросов: каковы характеристики физических свойств планет-гигантов, их основные особенности, отличие от планет земной группы и найти черты сходства и отличия между ними, сколько у них спутников, каково их внутреннее строение и структура колец. Я провёл некоторые исследования: и из всего этого можно сделать следующие выводы: что гигантские планеты — это Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Все эти планеты имеют большие размеры и массу и низкую среднюю плотность. Гигантские планеты очень быстро вращаются вокруг своих осей. А экваториальные зоны гигантских планет вращаются быстрее полярных. Результатом такого быстрого вращения является большое сжатие гигантских планет (полярный радиус меньше экваториального). Гиганты находятся далеко от солнца, и как бы ни менялись времена года, в них всегда преобладают низкие температуры. На Юпитере, как правило, не происходит смены сезонов, так как ось этой планеты почти перпендикулярна плоскости ее орбиты. Также на Уране происходит своеобразное изменение времен года, так как ось этой планеты наклонена под углом 8° к плоскости ее орбиты. На гигантских планетах много спутников; у Юпитера 28, Сатурна 30, Урана 17 и Нептуна 8; примечательной особенностью гигантских планет являются кольца, которые открыты не только на Сатурне, но и на Юпитере, Уране и Нептуне. Из гигантских планет Юпитер и Сатурн лучше всего исследуются. Важнейшей особенностью структуры гигантских планет является то, что эти планеты не имеют твердых поверхностей. Они состоят в основном из легких элементов — водорода и гелия. Все, что можно увидеть на гигантских планетах, происходит в длинных атмосферах этих планет. На Юпитере даже в маленьких телескопах можно увидеть полосы, простирающиеся вдоль экватора. В верхних слоях водородно-гелиевой атмосферы Юпитера в виде примесей обнаружены химические соединения, окрашивающие детали атмосферы в различные цвета. По своему химическому составу гигантские планеты сильно отличаются от планет земной группы. Это различие связано с процессом формирования планетарной системы. На снимках, переданных американской AMS, отчетливо видно, что газ в атмосфере гигантских планет участвует в сложном движении, связанном с образованием и распадом вихрей. Большое красное пятно, которое наблюдалось на Юпитере, который больше Земли, около 300 лет, представляет собой огромный и очень стабильный вихрь. Стабильные места также можно увидеть на изображениях других гигантских планет. Вещество под облачным слоем планет-гигантов не видно непосредственно. Она должна иметь высокую температуру в глубине, потому что эти планеты излучают больше энергии, чем они получают от Солнца. Вся информация о гигантских планетах позволяет строить модели внутренней структуры этих небесных тел. На Юпитере газообразный водород, являющийся частью атмосферы, переходит в жидкость, а затем, по мере повышения давления, погружается в глубину и в твердую (металлическую) фазу. Не исключено, что существование значительных магнитных полей этих планет связано с быстрым вращением проводящего тока вещества в центральных областях планет-гигантов. Магнитное поле Юпитера особенно сильное. Магнитное поле планеты улавливает заряженные частицы, летящие от Солнца, которые образуются вокруг радиационных поясов планеты. Такие пояса всех планет земной группы существуют только на нашей планете. Пояс излучения является источником радиоволн и причиной северного сияния в атмосфере гигантских планет, где также происходят сильные электрические разряды (грозы). Спутники. Спутниковая система Юпитера похожа на Солнечную систему в миниатюре. Четыре спутника, обнаруженные Галилеей, называются Галилейскими спутниками. Это Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Самый большой из них, Ганимед, больше Меркурия (но в два раза массивнее этой планеты). Американские автоматические межпланетные станции «Пионер» и «Вояджер», которые летают вблизи спутников Юпитера (а затем и Сатурна), прислали земные снимки своих поверхностей, напоминающих поверхности Луны и планет земной группы. Особенно похоже на луну Ганимеда. Кроме кратеров, в Ганимеде много длинных хребтов и полос, которые образуют странно разветвленные пучки. Кольца. Первыми были обнаружены кольца Сатурна (XVII век, Галилей, Гюйгенс). От Земли до лучших телескопов можно увидеть несколько колец, разделенных интервалами. Но на фотографиях, переданных AMS, можно увидеть много колец. Кольца очень широкие: они простираются более чем на 60 000 километров в облачном слое планеты. Каждый из них состоит из частиц и валунов, которые движутся по своим орбитам вокруг Сатурна. Толщина колец не более 1 км. Поэтому, когда Земля движется вокруг Солнца в плоскости колец Сатурна, кольца больше не видны. Возможно, что при формировании этих небесных тел вещество колец не содержалось на планетах и их больших спутниках. Кольца были обнаружены около Урана в 1977 году, около Юпитера в 1979 году и около Нептуна в 1989 году. Возможность существования колец на всех гигантских планетах в 1960 году указывала на известного астронома С. К. Весь Святский. Список литературы 1. Жарков В.Н. «Внутреннее строение Земли и планет», М.: Наука, 1974 год. 2. Ф.Я. Цикл «Семья Солнца: планеты и спутники Солнечной системы», М., Мир, 1984 г. 3. «, Е.П. Куликовский, «Справочник любителя и астронома М., Наука, 1977 г. 4. С.Н. Коновалов, «Планеты открытые заново», М., Наука, 1981 г. 5. Ф. Умпл «Семья Солнца» М., 1984 г. 6. М.Я. Маров «Планеты Солнечной системы» 2-е изд. М., 1986. https://studbooks.net/583517/prochie_distsipliny/zaklyuchenie https://kosmoved.ru/planety-giganty.shtml |