Планеты-гиганты. Спутники и кольца планет
1) Юпитер
Из четырех гигантских планет лучше всего изучен Юпитер - самая большая планета этой группы и ближайшая из планет-гигантов к нам и Солнцу. Диаметр Юпитера огромный - 143 000 км (для сравнения: диаметр Земли 13 000км).
Вращение: Ось вращения Юпитера почти перпендикулярна к плоскости его орбиты, поэтому сезонных изменений условия освещения на нем нет. Несмотря на свои крупные размеры, Юпитер очень быстро вращается вокруг своей оси (за 9ч 50 мин земных суток) из-за чего диаметры на полюсах планеты сжаты, а экватор растянут. Юпитер вращается зонами - чем ближе к полюсам, тем медленнее.
Анимация вращения Юпитера, созданная по фотографиям с «Вояджера-1», 1979 г. Это изображение или видеозапись внесены в каталог Лаборатории реактивного движения Национального управления США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) под идентификатором (Photo ID): PIA02855.
NASA - http://nix.larc.nasa.gov/info?id=PIA02855&orgid=10
На экваторе период вращения 9 ч 50 мин, а на средних широтах на несколько минут больше. Аналогичным образом вращаются и другие планеты-гиганты.
Атмосфера: Юпитер состоит из газа, слои которого находятся в постоянных вихреобразных движениях.
Все планеты-гиганты окружены мощными протяженными атмосферами, и мы видим лишь плавающие в них облака, вытянутые полосами, параллельными экватору, вследствие их быстрого вращения.
Поскольку планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, их температура (по крайней мере над их облаками) очень низка: на Юпитере - 145°С, на Сатурне - 180°С, на Уране и Нептуне еще ниже.
Атмосферы планет-гигантов содержат в основном молекулярный водород, есть там метан СН4 и, по-видимому, много гелия, а в атмосфере Юпитера и Сатурна обнаружен еще и аммиак NH3. Отсутствие полос NH3 в спектрах более далеких планет объясняется тем, что он там вымерз. При низкой температуре аммиак конденсируется, и из него, вероятно, состоят видимые облака Юпитера.
Структура:
Модель внутреннего строения Юпитера:
1. Атмосфера - три слоя:
- внешний слой, состоящий из водорода;
- средний слой, состоящий из водорода (90 %) и гелия (10 %);
- нижний слой, состоящий из водорода, гелия и примесей аммиака, гидросульфида аммония и воды, образующих три слоя облаков.
2. Слой металлического водорода. Температура этого слоя меняется от 6 300 до 21 000 К, а давление от 200 до 4000 ГПа.
3. Каменное ядро.
Магнитное поле: Благодаря наличию магнитного поля Юпитер имеет пояса радиации, подобные земным, но значительно превосходящие их. Его магнитосфера простирается на миллионы километров, охватывая четыре крупнейших спутника. Юпитер является источником радиоизлучения. Космические аппараты зарегистрировали на нем мощные вспышки молний.
2) Сатурн.
Сату́рн — шестая планета от Солнца и вторая по размерам планета в Солнечной системе после Юпитера.
Вращение: Наклон оси Сатурна, который составляет 26.73 градуса, очень похож на земной, и это объясняет наличие на планете таких же сезонов, как и на Земле. Однако из-за удаленности Сатурна от Солнца, он получает значительно меньше солнечного света в течение года и по этой причине сезоны на Сатурне являются гораздо более «смазанными» нежели на Земле.
Сатурн, как его видно с Земли в противостояние, 2001-2029 гг. (компьютерная симуляция).
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=34132961
Обладая скоростью вращения примерно 10 часов 45 минут, Сатурн в этом показателе уступает только Юпитеру, который является самой быстро вращающейся планетой в Солнечной системе.
Структура: Сатурн относится к типу газовых планет: он состоит в основном из газов и не имеет твёрдой поверхности.
В основном Сатурн состоит из водорода, с примесями гелия и следами воды, метана, аммиака и тяжёлых элементов. Внутренняя область представляет собой относительно небольшое ядро из железа, никеля и льда, покрытое тонким слоем металлического водорода и газообразным внешним слоем.
Атмосфера: Верхние слои атмосферы Сатурна состоят на 96,3 % из водорода (по объёму) и на 3,25 % — из гелия. Имеются примеси метана, аммиака, фосфина, этана и некоторых других газов. На Сатурне дуют сильные ветра, до 500 м/с. В атмосфере Сатурна иногда появляются устойчивые образования, представляющие собой сверхмощные ураганы.
Магнитное поле: У Сатурна имеется планетарное магнитное поле, занимающее промежуточное положение по напряжённости между магнитным полем Земли и мощным полем Юпитера. Магнитное поле Сатурна простирается на 1 000 000 километров в направлении Солнца.
Сатурн в сравнении с другими планетами
3) Уран
Ура́н — планета Солнечной системы, седьмая по удалённости от Солнца, третья по диаметру и четвёртая по массе.
Вращение: Осевое вращение Урана, как и у Венеры, происходит в направлении, противоположном направлению вращения всех остальных планет.
Плоскость экватора Урана наклонена к плоскости его орбиты под углом 97,86° — то есть планета вращается ретроградно, «лёжа на боку слегка вниз головой», поэтому в течение года происходит значительное изменение условий освещения поверхности планеты. Это приводит к тому, что смена времён года происходит совсем не так, как на других планетах Солнечной системы. Каждый полюс 42 земных года находится в темноте — и ещё 42 года под светом Солнца
Вращение Урана (http://doslyd.blogspot.ru/2014/02/blog-post_24.html)
Период полного обращения Урана вокруг Солнца составляет 84 земных года. Период вращения Урана вокруг своей оси составляет 17 часов 14 минут.
Структура: Уран состоит из трёх частей: в центре — каменное ядро, в середине — ледяная оболочка, снаружи — водородно-гелиевая атмосфера. Недра Урана состоят в основном изо льдов и горных пород. По этой причине специалисты выделили Уран в отдельную категорию «ледяных гигантов». Уран не имеет твёрдой поверхности.
Атмосфера: Основу атмосферы Урана составляют водород и гелий. Кроме того, в ней обнаружены следы метана и других углеводородов, а также облака изо льда, твёрдого аммиака и водорода. Это самая холодная планетарная атмосфера Солнечной системы с минимальной температурой в 49 К (−224 °C).
Магнитное поле: У Урана такое же сильное магнитное поле как и у Земли.
Самая далекая планета - Плутон - не является планетой-гигантом. Это очень небольшая и плохо изученная холодная планета, год на которой длится около 250 земных лет.
4) Нептун
Непту́н — восьмая планета Солнечной системы. Нептун также является четвёртой по диаметру и третьей по массе планетой. Масса Нептуна в 17,2 раза, а диаметр экватора в 3,9 раза больше земных
Вращение: Осевой наклон Нептуна — 28,32°, что похоже на наклон оси Земли и Марса. В результате этого планета испытывает схожие сезонные изменения. Однако из-за длинного орбитального периода Нептуна сезоны длятся около сорока лет каждый. Полный оборот вокруг Солнца у него занимает 164,79 года. Сидерический период вращения для Нептуна равен 16,11 часа.
Вращения Нептуна (https://thumbs.gfycat.com/SlimGrouchyAsianlion-size_restricted.gif)
За один полный оборот Нептуна вокруг Солнца наша планета совершает 164,79 оборота. (https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15761788)
Атмосфера: Состоит из газа в основной состав которой входят вода, метан и аммиак. Именно, от большой концентрации в атмосфере метана планета приобрела голубой цвет. Над поверхностью Нептуна простираются облака из аммиака и воды, а над ними плотный слой метановых облаков, кроме того в атмосфере планеты присутствует водород и гелий. Сама атмосфера обладает повышенной активностью, где мощные ветра дуют со скоростью свыше 2000 км/ч, образуя огромные пятна размером с нашу планету.
Структура: Внутреннее строение Нептуна:
1. Верхняя атмосфера, верхние облака
2. Атмосфера, состоящая из водорода, гелия и метана
3. Мантия, состоящая из воды, аммиака и метанового льда
4. Каменно-ледяное ядро
У Меркурия и Венеры спутников нет.
У Земли имеется один естественный спутник - Луна. Она меньше Земли по диаметру всего лишь в 4 раза.
У Марса - два спутника - Фобос (Страх) и Деймос (Ужас).
У остальных планет спутников много, но они неизмеримо меньше своих планет.
Самые крупные
спутники - Титан (спутник Сатурна) и Ганимед (третий спутник
Юпитера). Они в 1,5 раза больше Луны по диаметру и немного больше Меркурия.
Титан - единственный спутник, обладающий мощной атмосферой, которая в основном
состоит из азота.
Гамед
А́нфа (др.-греч. Ἄνθη) — естественный спутник Сатурна около двух километров в диаметре. Орбита расположена между другими двумя лунами: Мимас и Энцелад. Объект «S/2007 S 4» и есть луна Анфа. (http://ru-wiki.org/wiki/Анфа_(спутник))
Спутники Юпитера и более далеких планет покрыты слоем льда с пылью в десятки километров толщиной. На спутнике Юпитера - Ио было сфотографировано несколько действующих вулканов.
Вулкан на спутнике Ио (http://doslyd.blogspot.ru/2014/02/blog-post_24.html)
Кратерами, главным образом ударного (метеоритного) происхождения, оказались покрыты все спутники, даже столь малые, как спутники Марса размером около 20 км.
Многие спутники, как и Луна, повернуты к своей планете всегда одной и той же стороной. Их звездные периоды вращения равны периодам их обращения вокруг своих планет.
Четыре наибольших спутника Юпитера можно разглядеть даже в призменный бинокль. В телескоп за несколько часов удается проследить, как спутники заметно перемещаются, иногда проходят между Юпитером и Землей, а иногда уходят за диск Юпитера или в его тень.
Для планет-гигантов характерно наличие не только большого числа спутников, но и колец.
Кольца Сатурна
Сегодня известно, что у всех четырёх газообразных гигантов есть кольца, но у Сатурна они самые заметные.
Кольца Сатурна расположено в плоскости экватора Сатурна, которая наклонена к плоскости его Орбиты на 27°. Поэтому в течение 30-летнего оборота Сатурна вокруг Солнца кольцо его видно нам то довольно раскрытым, то точно с ребра, когда его нельзя разглядеть даже в большие телескопы. Ширина этого кольца в несколько раз больше диаметра земного шара.
Существует три основных кольца и четвёртое — более тонкое
На изображениях, полученных зондами, видно, что на самом деле кольца образованы из тысяч колец, чередующихся со щелями; картина напоминает дорожки грампластинок.
По составу они на 93 % состоят изо льда с незначительными примесями и на 7 % из углерода.
Система колец Сатурна либо возникла при разрушении некогда существовавшего спутника планеты (например, при его столкновении с другим спутником или астероидом), либо же что представляет остаток вещества, из которого в далеком прошлом образовались спутники Сатурна и которое из-за приливного воздействия планеты не смогло "собраться" в отдельные спутники.
Недавно были обнаружены очень слабые и тонкие кольца вокруг Урана и Юпитера. Они значительно уступают по яркости кольцам Сатурна.
Кольца Урана
У Урана есть слабо выраженная система колец, состоящая из очень тёмных частиц диаметром от микрометров до долей метра. На данный момент у Урана известно 13 колец. Кольца Урана, вероятно, весьма молоды. Это говорит о том, что кольца сформировались не вместе с планетой. Возможно, ранее кольца были одним из спутников Урана, который разрушился либо при столкновении с неким небесным телом, либо под действием приливных сил.
Кольца Нептуна.
У Нептуна есть кольцевая система, хотя гораздо менее существенная, чем, к примеру, у Сатурна. Кольца могут состоять из ледяных частиц, покрытых силикатами, или основанным на углероде материалом, — наиболее вероятно, это он придаёт им красноватый оттенок. В систему колец Нептуна входит 5 компонентов.
Кольца Юпитера
У Юпитера имеются слабые кольца, обнаруженные во время прохождения «Вояджера-1» мимо Юпитера в 1979 году. Главное кольцо простирается от 122 500 до 129 230 км от центра Юпитера. Внутри главное кольцо переходит в тороидальное гало, а снаружи контактирует с паутинным.
Контрольные вопросы:
1. Какие планеты состоят в основном из газов и не имеют твердой поверхности
2. Какая планета не имеет естественных спутников?
3. Какая планета вращается «лёжа на боку слегка вниз головой»
4. Какая планета имеет два естественных спутника - Фобос (Страх) и Деймос (Ужас)?
5. Какие планеты относятся к «Ледяным гигантам»?
6. Какая планета имеет один естественный спутник?
7. Какая планета состоит из газа в основной состав которой, входят вода, метан и аммиак.
Домашнее задание:
Вопросы:
1. Какая из приведенных ниже пар планет характеризуется общей особенностью: обе покрыты толстыми водородными и метановыми облаками:
1) Венера и Меркурий; 2) Марс и Нептун;
3) Юпитер и Сатурн; 4) нет верного ответа.
2. На какой из планет Солнечной системы в южном полушарии наблюдается Большое Темное Пятно, размером с Землю:
1) На Нептуне; 2) На Сатурне; 3) На Венере; 4) на Юпитере.
3. Можно ли наблюдать метеоры на обратной стороне Луны?
1) да, можно;
2) нет, так как обратная сторона Луны не видна;
3) нет, так как на Луне слабое магнитное поле;
4) нет, так как на Луне нет атмосферы.
4. Самое сильное магнитное поле:
1) у Венеры; 2) у Земли; 3) у Юпитера; 4) у Урана.
Автор: Lookang many thanks to author of original simulation = Todd K. Timberlake author of Easy Java Simulation = Francisco Esquembre - собственная работа, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15761788