Планеты гиганты

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Декабря 2013 в 06:26, реферат

Описание работы

Планеты-гиганты очень быстро вращаются вокруг своих осей; менее 10 ч требуется огромному Юпитеру, чтобы совершить один оборот. Причем экваториальные зоны планет-гигантов вращаются быстрее, чем полярные. Результат быстрого вращения - большое сжатие планет-гигантов (заметное при визуальных наблюдениях). Разность экваториального и полярного радиусов Земли составляет 21 км, а у Юпитера она равна 4400 км.

Файлы: 1 файл

Реферат по астрономии на тему.docx

— 32.14 Кб (Скачать файл)

Реферат по астрономии на тему: «Планеты гиганты»

 

В группу планет гигантов входят: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

  Все эти планеты (и особенно Юпитер) имеют большие размеры и массы. Например, по объему Юпитер превосходит Землю почти в 1320 раз, а по массе - в 318 раз.

Планеты-гиганты очень  быстро вращаются вокруг своих осей; менее 10 ч требуется огромному  Юпитеру, чтобы совершить один оборот. Причем экваториальные зоны планет-гигантов вращаются быстрее, чем полярные. Результат быстрого вращения - большое  сжатие планет-гигантов (заметное при  визуальных наблюдениях). Разность экваториального  и полярного радиусов Земли составляет 21 км, а у Юпитера она равна 4400 км.

  Планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, и независимо от характера смены времен года на них всегда господствуют низкие температуры. На Юпитере вообще нет смены времен года, поскольку ось этой планеты почти перпендикулярна к плоскости ее орбиты. Своеобразно происходит смена времен года и на планете Уран, так как ось этой планеты наклонена к плоскости орбиты под углом 8°.

Планеты-гиганты отличаются большим числом спутников; у Юпитера  к середине 2001 года их обнаружено уже 28, Сатурна - 30, Урана - 21 и только у  Нептуна – 8, а уже к 1.08.2006г. у  Юпитера найдено 63 спутника, у Сатурна  – 55, у Урана 29,а у Нептуна-13. Замечательная  особенность планет-гигантов - кольца, которые открыты не только у Сатурна, но и у Юпитера, Урана и Нептуна.

Важнейшая особенность строения планет-гигантов заключается в том, что эти планеты не имеют твердых  поверхностей. Такое представление  хорошо согласуется с малыми средними плотностями планет-гигантов, их химическим составом (они состоят в основном из легких элементов - водорода и гелия), быстрым зональным вращением  и некоторыми другими данными. Следовательно, все, что удается рассмотреть  на Юпитере и Сатурне (на более  далеких планетах детали вообще не видны), происходит в протяженных  атмосферах этих планет. На Юпитере  даже в небольшие телескопы заметны  полосы, вытянутые вдоль экватора. В верхних слоях водородно-гелиевой атмосферы Юпитера в виде примесей встречаются химические соединения (например, метан и аммиак), углеводороды (этан, ацетилен), а также различные  соединения (в том числе содержащие фосфор и серу), окрашивающие детали атмосферы в красно-коричневые и  желтые цвета. Таким образом, по своему химическому составу планеты-гиганты  резко отличаются от планет земной группы. Это отличие связано с  процессом образования планетной  системы.

Вещество, находящееся под  облачным слоем планет-гигантов, недоступно непосредственному наблюдению. О  его свойствах можно судить по некоторым дополнительным данным. Например, предполагают, что в недрах планет-гигантов вещество должно иметь высокую температуру.

В отличие от планет земной группы, обладающих корой, мантией и  ядром, на Юпитере газообразный водород, входящий в состав атмосферы, переходит  в жидкую, а затем и в твердую (металлическую) фазу. Появление таких  необычных агрегатных состояний  водорода (в последнем случае он становится проводником электричества), связано с резким увеличением  давления по мере погружения в глубину. Так, на глубине, несколько большей 0.9 радиуса планеты, давление достигает 40 млн. атмосфер.

Возможно, что с быстрым  вращением проводящего ток вещества, находящегося в центральных областях планет-гигантов, связано существование  значительных магнитных полей этих планет. Особенно велико магнитное  поле Юпитера. Оно во много раз  превосходит магнитное поле Земли, причем полярность его обратна земной (у Земли вблизи северного географического полюса расположен южный магнитный). Магнитное поле планеты улавливает летящие от Солнца заряженные частицы (ионы, протоны, электроны и др.), которые образуют вокруг планеты пояса частиц высоких энергий, называемые радиационными поясами. Такие пояса из всех планет земной группы есть только у нашей планеты. Радиационный пояс Юпитера простирается на расстояние до 2,5 млн. км. Он в десятки тысяч раз интенсивнее земного. Электрически заряженные частицы, движущиеся в радиационном поясе Юпитера, излучают радиоволны в диапазоне дециметровых и декаметровых волн. Как и на Земле, на Юпитере наблюдаются полярные сияния, связанные с прорывом заряженных частиц из радиационных поясов в атмосферу, а также мощные электрические разряды в атмосфере (грозы).

Планеты-гиганты отличаются от Меркурия, Венеры, Земли и Марса  большими размерами, большей массой, меньшей плотностью, более быстрым  вращением, гораздо более плотными атмосферами (на Меркурии атмосфера  практически отсутствует, поэтому  его дневное полушарие сильно накаляется, а все планеты-гиганты  окружены мощными протяжёнными атмосферами), большим числом спутников.

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 ещё ниже. А температура у планет земной группы значительно выше (на Венере до плюс 500°С). Малая средняя плотность планет-гигантов может объяснятся тем, что она получается делением массы на видимый объём, а объём мы оцениваем по непрозрачному слою обширной атмосферы. Малая плотность и обилие водорода отличают планеты-гиганты от остальных планет.

Ю п и т е р 

Юпитер – вторая по яркости  после Венеры планета Солнечной  системы. Но если Венеру можно видеть только утром или вечером, то Юпитер иногда сверкает всю ночь. Из-за медленного, величественного перемещения этой планеты древние греки дали ей имя своего верховного бога Зевса; в  римском пантеоне ему соответствовал Юпитер.

Дважды Юпитер сыграл важную роль в истории астрономии. Он стал первой планетой, у которой были открыты спутники. В 1610 г. Галилей, направив телескоп на Юпитер, заметил рядом  с планетой четыре звёздочки, не видимые  простым глазом. На следующий день они изменили своё положение и  относительно Юпитера, и относительно друг друга. Наблюдая за этими звездами, Галилей заключил, что наблюдает  спутники Юпитера, образовавшиеся вокруг него как центрального светила. Это была уменьшенная модель Солнечной системы. Быстрое и хорошо заметное перемещение галилеевых спутников Юпитера – Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто – делает их удобными "небесными часами", и моряки долгое время пользовались ими, чтобы определять положение корабля в открытом море.

В другой раз Юпитер и  его спутники помогли решить одну из древнейших загадок: распространяется ли свет мгновенно или скорость его  конечна? Регулярно наблюдая затмения спутников Юпитера и сравнивая  эти данные с результатами предварительных  расчетов, датский астроном Оле Рёмер в 1675 г. обнаружил, что наблюдения и вычисления расходятся, если Юпитер и Земля находятся по разные стороны Солнца. В этом случае затмения спутников запаздывают примерно на 1000 с. Рёмер пришёл к правильному выводу, что 1000 с. – это как раз то время, которое нужно свету, чтобы пересечь орбиту Земли по диаметру. Поскольку диаметр земной орбиты составляет 300 млн. километров, скорость света оказывается близкой к 300000км./с.

Юпитер – пятая планета  от Солнца и самая большая планета-гигант Солнечной системы. Его экваториальный диаметр равен 143884 км, что в 11,209 раз  превышает диаметр Земли и  составляет 0,103 диаметра Солнца. Форма  Юпитера не совсем сферическая, поскольку  планета состоит из газа и жидкости и быстро вращается. Полярный диаметр  Юпитера равен 133708 км. По объему Юпитер эквивалентен 1319 объемам Земли. Среднее расстояние от Солнца 5,2 а. е. (778,3 млн. км, минимальное 4,95 а. е., максимальное — 5,45 а. е.), сидерический период обращения 11,9 года, период вращения (облачного слоя близ экватора) около 10 часов. Юпитер движется вокруг Солнца по близкой к круговой эллиптической орбите, плоскость которой наклонена к плоскости эклиптики под углом 1°18,3'. Экватор наклонен к плоскости орбиты под углом 3°5'; из-за малости этого угла сезонные изменения на Юпитере выражены весьма слабо. Расстояние Юпитера от Земли меняется в пределах от 188 до 967 млн. км. Масса Юпитера в 317,8 раз превосходит массу Земли и в 2,5 раза больше массы всех остальных планет, вместе взятых, но при этом средняя плотность равна 1,33 г/см3, то есть в 4 раза меньше, чем у Земли. В противостоянии Юпитер виден как чуть желтоватая звезда -2,6 звездной величины; из всех планет уступает в блеске только Венере и Марсу во время великого противостояния последнего.

Шестая от Солнца планета-гигант Солнечной системы. Сатурн - один из четырех "газообразных гигантов", уступающий в размере только Юпитеру. Его экваториальный диаметр в 9,4 раза больше земного, а масса превышает  земную в 95 раз. Максимальное и минимальное расстояния от Солнца равны приблизительно 10 и 9 А.е. Расстояния от Земли меняются от 1,2 до 1,6 млрд. км. Наклон орбиты планеты к плоскости эклиптики 2°29,4'. Угол между плоскостями экватора и орбиты достигает 26°44'. Средняя плотность вещества планеты составляет 0,7 от плотности воды. Большая часть массы представлена водородом и гелием. Планета не имеет четкой твердой поверхности, оптические наблюдения затрудняются непрозрачностью атмосферы. Для экваториального и полярного радиусов приняты значения 60 тыс. км и 53,5 тыс. км. На земном небе Сатурн выглядит как желтоватая звезда, блеск которой меняется от нулевой до первой звездной величины.

Поверхность Сатурна (облачный слой), как и Юпитера, не вращается  как единое целое. Тропические области  в атмосфере Сатурна обращаются с периодом 10 ч 14 мин земного времени, а на умеренных широтах этот период на 26 мин больше. В результате появляется существенное сжатие у полюсов: полярный и экваториальный диаметры отличаются на 11%. В апреле-июне 2004г более  точно был определен период вращения Сатурна в 10 часов 45 минут и 45 секунд (±36 секунд), что на 6 мин больше, чем считалось ранее.

По внутреннему строению и составу Сатурн сильно напоминает Юпитер. В частности, на Сатурне в  экваториальной области также существует Красное Пятно, хотя оно и меньших  размеров, чем на Юпитере.  Ниже атмосферы  простирается океан жидкого молекулярного  водорода. На глубине, примерно равной R/2 водород при давлении около 300 ГПа (3 млн. атмосфер) переходит в  металлическую фазу. Течения в  этом металлическом океане генерируют довольно сильное магнитное поле Сатурна. В центре планеты находится  массивное ядро (до 20 земных масс) из камня, железа и, возможно... льда. По мере дальнейшего увеличения глубины, начиная  с R/3, возрастает доля соединений водорода и оксидов. В центре планеты (в  области ядра, образованного твердыми породами или смесью твердых пород  и льда) температура порядка 20000 К. Масса ядра в десять или пятнадцать раз превышает массу Земли.

   До тех пор, пока первые космические аппараты не достигли Сатурна, наблюдательных данных о его магнитном поле не было вообще, но из наземных радиоастрономических наблюдений явствовало, что Юпитер обладает мощным магнитным полем. Об этом свидетельствовало тепловое радиоизлучение на дециметровых волнах, источник которого оказался больше видимого диска планеты, причем он вытянут вдоль экватора Юпитера симметрично по отношению к диску. Такая геометрия, а также поляризованность излучения свидетельствовали о том, что наблюдаемое излучение магнитно-тормозное и источник его - электроны, захваченные магнитным полем Юпитера и населяющие его радиационные пояса, аналогичные радиационным поясам Земли. Полеты к Юпитеры подтвердили эти выводы. Поскольку Сатурн весьма сходен с Юпитером по своим физическим свойствам, астрономы предположили, что достаточно заметное магнитное поле есть и у него. Отсутствие же у Сатурна наблюдаемого с Земли магнитно-тормозного радиоизлучения объясняли влиянием колец. Эти предложения подтвердились. Еще при подлете "Пионера-11" к Сатурну его приборы зарегистрировали в около планетном пространстве образования, типичные для планеты, обладающей ярко выраженным магнитным полем: головную ударную волну, границу магнитосферы (магнитопаузу), радиационные пояса (Земля и Вселенная, 1980, N2, с.22-25 - Ред.). В целом магнитосфера Сатурна весьма сходна с земной, но, конечно, значительно больше по размерам. Внешний радиус магнитосферы Сатурна в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса планеты, а расстояние до ударной волны - 26 радиусов. Для сравнения можно напомнить, что внешний радиус земной магнитосферы в подсолнечной точке - около 10 земных радиусов. Так что даже по относительным размерам магнитосфера Сатурна превосходит земную более чем вдвое. Радиационные пояса Сатурна настолько обширны, что охватывают не только кольца, но и орбиты некоторых внутренних спутников планеты. Как и ожидалось, во внутренней части радиационных поясов, которая "перегорожена" кольцами Сатурна, концентрация заряженных частиц значительно меньше. Причину этого легко понять, если вспомнить, что в радиационных поясах частицы совершают колебательные движения примерно в меридиональном направлении, каждый раз пересекая экватор. Но у Сатурна в плоскости экватора располагаются кольца: они поглощают почти все частицы, стремящиеся пройти сквозь них. В результате внутренняя часть радиационных поясов, которая в отсутствие колец была бы в системе Сатурна наиболее интенсивным источником радиоизлучения, оказывается ослабленной. Тем не менее "Вояджер-1", приблизившись к Сатурну, все же обнаружил нетепловое радиоизлучение его радиационных поясов.    

В отличие от Юпитера Сатурн излучает в километровом диапазоне  длин волн. Заметив, что интенсивность  излучения модулирована с периодом 10ч. 39,4 мин., предположили, что это  и есть период осевого вращения радиационных поясов, или, другими словами, период вращения магнитного поля Сатурна. Но тогда это и период вращения Сатурна. В самом деле, магнитное поле Сатурна  порождается электрическими токами в недрах планеты, - по-видимому, в  слое, где под влиянием колоссальных давлений водород перешел в металлическое  состояние. При вращении этого слоя с той угловой скоростью вращается  и магнитное поле. Вследствие большой  вязкости вещества внутренних частиц планеты все они вращаются  с одинаковым периодом. Таким образом, период вращения магнитного поля - это  в то же время период вращения большей  части массы Сатурна (кроме атмосферы, которая вращается не как твердое  тело).

У р а н

В течение многих веков  астрономы Земли знали только пять «блуждающих звезд» — планет. Уран виден как звездочка шестой звездной величины, поэтому с 1690 года астрономы несколько раз отображали его в качестве звезды на своих  картах. 1781г был ознаменован открытием  Урана. Это произошло, когда английский астроном У. Гершель приступил к  реализации грандиозной программы: составлению полного систематического обзора звездного неба. Систематические  планомерные обзоры начал с 1775г  по новому, предложенному им «методу  черепков». Собственноручно изготовил  рефлектор длиной почти 2 метра и  диаметром главного зеркала в 20 см. И с помощью своего нового инструмента  начал в 1775 году обзор всего неба, видимого из Бата. В перерывах между  уроками музыки Гершель шлифовал металлические зеркала для телескопов, вечерами давал концерты, а ночи проводил за наблюдением звезд.

В ходе второго планомерного обзора 13 марта 1781г в 10 часов вечера вблизи одной из звезд созвездия  Близнецов Гершель заметил любопытный объект, который явно не был звездой: его видимые размеры менялись в зависимости от увеличения телескопа, а главное, менялось его положение  на небосводе. Гершель первоначально  решил, что открыл новую комету (его  доклад на заседании Королевского общества 26 апреля 1781 так и назывался —  «Сообщение о комете»), но от кометной гипотезы вскоре пришлось отказаться. Через 4 месяца российский астроном А.И. Лексель доказал, что это планета. В благодарность Георгу III, назначившему Гершеля королевским астрономом, последний предложил назвать планету «Георгиева звезда», однако, чтобы не нарушать традиционной связи с мифологией, было принято название «Уран», предложенное И. Боде. Окончательно данное название было утверждено в 1850г.

Информация о работе Планеты гиганты