Планеты гиганты

Первые немногочисленные наблюдения еще не позволяли достаточно точно определить параметры орбиты новой планеты, но, во-первых, число  этих наблюдений (в частности, в России, Франции и Германии) быстро увеличивалось, и, во-вторых, внимательное исследование каталогов прошлых наблюдений позволило  убедиться, что планета неоднократно фиксировалась и прежде, но принималась  за звезду, что также заметно увеличивало  число данных. Так, например Джон Флемстид в 1690г катализировал Уран как звезду 34 Тельца.

В течение 30 лет после  открытия Урана острота интереса к нему периодически падала, но только на время. Дело в том, что повышение  точности наблюдений выявило загадочные аномалии в движении планеты: оно  то «отставало» от расчетного, то начинало «опережать» его. Теоретическое  объяснение этих аномалий привело к  новым открытиям - обнаружению заурановых планет

УРАН - седьмая от Солнца большая планета Солнечной системы, относится к планетам-гигантам. Уран достаточно ярок, так что при хороших  условиях наблюдения его можно увидеть  невооруженным глазом. С Земли  даже в самый большой телескоп он кажется зеленоватым диском, почти  лишенным деталей. В 1986г первый и  пока единственный космический зонд "Вояджер-2" прошел недалеко от Урана  и его спутников, передав на Землю  их крупноплановые изображения. "Вояджером-2" были открыты десять небольших спутников Урана (к этому времени были уже известны пять больших спутников планеты - Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон - название последним четырем дал У. Ласселл). Сравнительно недавно в 1997-1999гг открыты еще 6 небольших спутников планеты, в 2003г еще три, а в 2005г еще два.

Уран - один из четырех "газовых  гигантов" Солнечной системы. Его  экваториальный радиус почти в четыре раза, а масса в 14,6 раза больше, чем  у Земли. Сжатие поверхности составляет почти сороковую часть (586км). Относительно малая плотность типична для  планет-гигантов: в процессе формирования из газово-пылевого протопланетного  облака наиболее легкие компоненты (в  первую очередь, водород и гелий) стали для них основным «строительным  материалом», тогда как планеты  земной группы включают заметную долю более тяжелых элементов. Уран - единственная планета-гигант Солнечной системы, которая не имеет мощного внутреннего  источника тепла и излучает практически  столько же, сколько получает от Солнца. Причина этого пока не известна.

Н е п т у н

После того, как в 1781г Уильям Гершель открыл Уран и рассчитал  параметры его орбиты, довольно скоро  в 1789г обнаружились загадочные аномалии в движении этой планеты — оно  то «отставало» от расчетного, то опережало его. Хотя эти отклонения от расчетной траектории первым заметил петербургский академик Андрей Лексель еще в 1783 году.

В 1842г в отчете Британской Ассоциации развития науки Джордж Эри, впоследствии ставший королевским  астрономом, отмечал, что за 11 лет  ошибка в положении Урана достигла почти полминуты дуги. В 1842г Геттингенская АН назначает премию тому, кто объяснит это загадочное явление. Вскоре после опубликования отчета Эри получил от британского астронома-любителя, преподобного доктора Хассея, письмо, в котором выдвигалось предположение, что эти аномалии обусловлены воздействием пока еще неоткрытой «заурановой» планеты. По-видимому, это было первым предложением искать «возмущающую» планету. Эри не одобрил идею Хассея, и поиски не были начаты.

А еще за год до этого  талантливый молодой английский студент Джон Кауч Адамс отметил в своих записях: «В начале этой недели появилась мысль заняться сразу же после получения степени исследованием аномалий в движении Урана, которые до сих пор не объяснены. Надо найти, могут ли они быть обусловлены влиянием находящейся за ним неоткрытой планеты и, если возможно, определить хотя бы приблизительно элементы ее орбиты, что может привести к ее открытию».

Адамс получил возможность  приступить к решению этой задачи только через два года, и к октябрю 1843г предварительные вычисления были закончены. Адамс решил показать их Эри, однако встретиться с королевским  астрономом ему не удалось. Адамсу оставалось лишь вернуться в Кембридж, оставив  для Эри результаты проведенных  расчетов. По непонятным причинам Эри  отреагировал на работу Адамса отрицательно, ценой чего явилась потеря Англией  приоритета в открытии новой планеты. Адамс обратился к астроному - наблюдателю Джеймсу Чаллису, работавшему в том же Кембриджском университете, с просьбой организовать поиски. Чаллис после долгих проволочек приступил к поискам в июле 1846 года. Но ему невероятным образом не повезло. Самым обидным оказалось то, что Чаллис неоднократно наблюдал планету записывал ее координаты, но все никак не удосуживался сравнить результаты наблюдений, проведенных в разные дни.

Независимо от Адамса над  проблемой заурановой планеты работал во Франции Урбен Жан Леверье. Он работал в парижском Бюро долгот, которое возглавлял крупнейший французский астроном Франсуа Араго. Именно Араго и поставил перед молодым ученым задачу по определению возможного местоположения неизвестной планеты, которая своим гравитационным влиянием вызывает неправильности в движении Урана, считавшегося тогда самой крайней из планет. 10 ноября 1845г Леверье представил Французской АН результаты своего теоретического анализа движения Урана, заметив в заключение о расхождении между данными наблюдений и расчетов: «Это можно объяснить воздействием внешнего фактора, который я оценю во втором трактате». Такие оценки были проведены в первой половине 1846г. Успеху дела помогло предположение, что искомая планета движется, в соответствии с эмпирическим правилом Тициуса - Боде, по орбите, радиус которой равен утроенному радиусу орбиты Урана, и что орбита имеет очень малый наклон к плоскости эклиптики. Леверье выступил с указанием, где следует искать новую планету.

Получив второй трактат Леверье, Эри обратил внимание на очень близкое совпадение результатов исследований Адамса и Леверье, относящихся к движению предполагаемой планеты, возмущающей движение Урана, и даже подчеркнул это на специальном заседании Совета инспекторов Гринвича. Но он, как и ранее, не торопился начать поиски и стал хлопотать о них только в июле 1846, поняв, какое негодование может вызвать впоследствии его пассивность.

Тем временем Леверье 31 августа 1846г закончил еще одно исследование, в котором была получена окончательная система элементов орбиты искомой планеты и указано ее место на небе и представил его в Парижскую АН. Но во Франции, как и в Англии, астрономы все не приступали к поискам, и 18 сентября Леверье обратился к Иоганну Гольфрид Галле, ассистенту Берлинской обсерватории. В письме он писал: «Направьте телескоп в созвездие Водолея в точку эклиптики с долготой 326º, и в пределах одного градуса Вы найдете новую планету. Она девятой звездной величины и имеет заметно различимый диск». Получив разрешение директора обсерватории, 23 сентября 1846г вместе со студентом Генрихом Д'Арре начал поиски. В первый же вечер планета ими была обнаружена, она находилась всего в 52' от предполагаемого места.

Весть об открытии планеты  «на кончике пера», что явилось  одним из ярчайших триумфов небесной механики, вскоре облетела весь научный  мир. По установившейся традиции планета  получила название Нептун в честь  античного бога.

Около года между Францией и Англией шла борьба за приоритет  открытия, к которой, как это часто  бывает, сами герои непосредственного  отношения не имели. В частности, между Адамсом и Леверье установилось полное взаимопонимание, и они оставались друзьями до конца жизни.   

Кстати планета наблюдалась  еще Г. Галилеем в конце 1612г и  начале 1613г, который зарисовал ее в своем журнале наблюдений, приняв за звезду. 8 и 10 мая 1795г Ж. Лаланд также не обратил внимания.

Через 17 дней после открытия планеты, о котором британский астрономом Уильям Ласселл узнал из газеты "Таймс", он тут же навел свой телескоп по указанным в газете координатам и стал наблюдать новую планету. Обнаружив движущийся вокруг нее спутник, Ласселл написал письмо в редакцию «Таймс», и газета оповестила мир о находке английского астронома. Открытие спутника Тритона стало определенным утешением для Англии за утерянный приоритет в открытии самого Нептуна

 Внешняя газовая оболочка (атмосфера) имеет толщиной около  5 000 км. Эта атмосфера, состоящая  из водорода и гелия, переходит  в ледяной слой постепенно, без  резко выраженной границы, по  мере того, как плотность вещества  увеличивается под давлением  вышележащих слоев. В глубоких  частях атмосферы газы преобразуются  в кристаллы, своего рода иней. Этих кристаллов в более глубоких  слоях становится все больше, и они начинают напоминать  пропитанную водой снеговую кашу, а еще глубже - полностью преобразуются  в лед, находящийся под действием  огромного давления. Переходный слой от газовой до ледяной оболочки довольно широкий - около 3 000 км. В общей массе Нептуна на газы приходится 5%, на льды 75%, а на каменный материал 20%.

По расчетам, в центре Нептуна должно находиться каменное или железокаменное ядро диаметром  в 1,5-2 раза больше нашей 3емли. Основную часть Нептуна составляет расположенный  вокруг этого плотного ядра слой толщиной около 8 000 км, состоящий главным образом  из водных, аммиачных и метановых  льдов, к которым, возможно, примешан и каменный материал. По расчетам, температура  в этом слое должна с глубиной увеличиваться  от +2 500 до +5 500°С. Однако лед при этом не испаряется, поскольку он находится в недрах Нептуна, где давление в несколько миллионов раз выше, чем атмосферное давление на Земле. Такие чудовищные «объятия» прижимают молекулы друг к другу, удерживая их от разлетания в стороны и испарения. Вероятно, вещество там находится в ионном состоянии, когда атомы и молекулы «раздавлены» на отдельные заряженные частицы - ионы и электроны. Конечно, трудно вообразить себе подобный «лед», поэтому иногда этот слой Нептуна называют «ионным океаном», хотя представить его в виде обычной жидкости также весьма затруднительно.

Нептун – самая ветряная планета Солнечной системы. Из всех элементов на Нептуне преобладают  водород и гелий. Атмосфера планеты  состоит из молекулярного водорода (H2) - 80,0%; Гелия (He) - 19,0%; Метана (CH4) - 1,5%. Внешняя газовая оболочка имеет толщину около 5 000 км. На Нептуне, как и на других планетах-гигантах, произошла многослойная дифференциация вещества, в процессе которой образовалась протяженная ледяная оболочка как на Уране. Крупномасштабные атмосферные образования в экваториальной области планеты движутся с востока на запад со скоростью около 325 м/сек. относительно ядра планеты, а более мелкие детали перемещаются почти вдвое быстрее. Это означает, что скорости потоков выбросов у экватора Нептуна приближаются к сверхзвуковым. Скорость звука в атмосфере Нептуна составляет примерно 600 м/сек. Сильные ветры наблюдаются на всех гигантских планетах, но не ясно, почему самое быстрое движение атмосферы имеется именно на Нептуне. Возможно, это связано с влиянием внутренних источников тепла у Нептуна. Выше основного атмосферного слоя, в холодной прозрачной атмосфере конденсируются редкие белые облака из замерзшего метана (CH4). Эти белые облака поднимаются на высоту 50-150 км и отбрасывают тени на основной облачный покров. Ниже первого слоя облаков, на уровне давления около 20 атмосфер и температуры около 200К (-70С), расположен второй облачный слой из гидросульфида аммония NH4SH. Еще глубже расположены облака из водяного льда.