close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Планеты-гиганты

код для вставкиСкачать
Aвтор: Прытков А., ученик Полтавская средняя общеобразовательная школа, преп. Чухарев В. М., "4". Челябинская область, Карталинский район, 2002г.
Министерство Образования РФ
Полтавская средняя общеобразовательная школа
Реферат
по астрономии
тема:
“ Планеты-гиганты ”
Выполнил: учащийся 11 “Б” класса ПСОШ
Прытков А.
Проверил: учитель физики Чухарев В. М. Карталы - 2002 г.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ____________________________________________________________________ 3
§ 1 Гигант Юпитер
1.1 Юпитер. Общая характеристика______________________________________ 4
1.2 Состав планеты _____________________________________________________ 4
1.3 Магнитное поле Юпитера_____________________________________________5
1.4 Спутники___________________________________________________________ 6
1.5 Кольца Юпитера_____________________________________________________6 §2 Сатурн – великолепие колец.
2.1Общая характеристика________________________________________________ 7
2.2 Кольца Сатурна ______________________________________________________7
2.3 Спутники____________________________________________________________9
§3 Уран вокруг солнца, лежа на боку
3.1 Уран. Общая характеристика________________________________________ 10
3.2 Система опоясывающих колец________________________________________ 11
3.3 Спутники Урана____________________________________________________ 11
§4 Нептун – царство холода
4.1 Открытие __________________________________________________________ 14
4.2 Общая характеристика______________________________________________ 14
4.3 Спутники Нептуна__________________________________________________ 15
4.4 Арки в кольцах Нептуна_____________________________________________ 15
Заключение___________________________________________________________ 17
Список Литературы___________________________________________________ 20 Введение
Солнечная система - это спаянная силами взаимного притяжения система небесных тел. В нее входят: центральное тело - Солнце, 9 больших планет с их спутниками, несколько тысяч малых планет, или астероидов, несколько сот наблюдавшихся комет и бесчисленное множество метеорных тел.
Большие планеты подразделяются на две основные группы: планеты земной группы - Меркурий, Венера, Земля и Марс - и планеты юпитерианской группы, или планеты-гиганты - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. В этой классификации нет места Плутону: и по размерам, и по свойствам он ближе к ледяным спутникам планет-гигантов.
Различие планет по физическим свойствам обусловлено тем, что земная группа формировалась ближе к Солнцу, а планеты-гиганты - на очень холодной периферии Солнечной системы. Планеты земной группы сравнительно малы и имеют большую плотность. Основными их составляющими являются силикаты и железо. У планет-гигантов нет твердой поверхности. За исключением небольших ядер, они образованы преимущественно из водорода и гелия и пребывают в газожидком состоянии. Атмосферы этих планет, постепенно уплотняясь, переходят в жидкую мантию.
В курсе астрономии за одиннадцатый класс мы изучили много интересного материала, связанного с происходящими в космосе явлениями, рассмотрели много планет, изучили строение галактик. Особенно меня заинтересовала физическая природа наших “огромных” соседей по Солнечной системе - планет-гигантов. В школьном учебнике астрономии содержится недостаточно материала об этих удивительных небесных телах.
Я решил наиболее подробно познакомиться с интересующей меня темой: “ПЛАНЕТЫ-ГИГАНТЫ”, изучив при этом дополнительную научно-популярную литературу. При написании реферата я ставил задачи: выяснить особенности физических свойств планет-гигантов, их основные характеристики, отличие от планет земной группы и найти черты сходства и различия между собой, сколько у них спутников, каково их внутреннее строение и структурные особенности колец.
§ 1. Гигант Юпитер.
1.1. Юпитер. Общая характеристика.
Юпитер - пятая по расстоянию от Солнца и самая большая планета Солнечной системы - отстоит от Солнца в 5,2 раза дальше, чем Земля, и затрачивает на одни оборот по орбите почти 12 лет. Экваториальный диа­метр Юпитера 142 600 км (в 11 раз больше диаметра Земли). Период вращения Юпитера - самый короткий из всех планет - 9ч.50 мин.30с. на эква­торе и 9ч.55мин.40с. в средних широтах. Таким образом, Юпитер, подобно солнцу, вращается не как твёрдое тело - скорость вращения неодинакова в разных широтах. Из-за быстрого вращения эта планета имеет сильное сжатие у полюсов. Масса Юпитера равна 318 массам Земли. Средняя плотность 1,33 г/см, что близко к плотности Солнца. Ось вращения Юпитера почти перпендикулярна к плоскости его орбиты (наклон 87 5о). Даже в не­большой телескоп видно полярное сжатие Юпитера и полосы на его поверхности, параллельные экватору планеты. Видимая поверхность Юпитера представляет собой верхний уровень облаков, окружающих планету. Благо­даря этому все детали на поверхности Юпитера постоянно меняют свой вид.
1.2. Состав планеты. Из устойчивых деталей известно Большое Красное пятно, наблюдающее­ся уже более 300 лет. Это - громадное овальное образование, размерами около 35 000 км по долготе и 14 000 по широте между Южной тропической и Южной умеренной полосами. Цвет его красноватый, но подвержен измене­ниям. Спектральные исследования Юпитера показали, что атмосфера его состоит из молекулярного водорода и его соединений: метана и аммиака. В небольших количествах присутствуют также этан, ацетилен, фосфен и во­дяной пар. Облака Юпитера состоят из кристалликов и капелек аммиака. В декабре 1973 г. с помощью американского космического аппарата "Пионер-10" удалось обнаружить наличие гелия в атмосфере Юпитера и измерить его содержание. Можно считать, что атмосфера Юпитера на 87% состоит из водорода и на 13% из гелия. На долю метана приходится не более 0,1% состава атмосферы планеты (по массе). Атмосферный слой имеет толщину около 1000 км. Ниже чисто газового слоя в атмосфере лежит слой обла­ков, которые мы и видим в телескоп. Слой жидкого молекулярного водорода имеет толщину 24 000 км. На этой глубине давление достигает 300 ГПа, а температура 11 000К, здесь водород переходит в жидкое металлическое состояние, т.е. становится подобным жидкому металлу. Слой жидкого ме­таллического водорода имеет толщину около 42 000 км. Внутри него рас­полагается небольшое железно - силикатное твёрдое ядро радиусом 4 000 км. На границе ядра температура достигает 30 000 К. В 1956 г. было об­наружено радиоизлучение Юпитера на волне 3 см., соответствующее тепло­вому излучению с температурой 145 К. По измерениям в инфракрасном ди­апазоне температура самых наружных облаков Юпитера 130 К. Полёты аме­риканских космических аппаратов "Пионер-10" и "Пионер-11" позволили уточнить строение магнитосферы Юпитера, а изменение температуры облач­ного слоя в основном подтвердило известный из наземных наблюдений ре­зультат: количество тепла, которое Юпитер испускает, более чем вдвое превышает тепловую энергию, которую планета получает от Солнца. Возмож­но, что идущее из недр планеты тепло выделяется в процессе медленного сжатия гигантской планеты (1мм. в год).
1.3. Магнитное поле Юпитера. Магнитное поле планеты оказалось сложным и состоит как бы из двух полей: дипольного (как поле Земли), которое простирается до 1,5 млн. километров от Юпитера, и не дипольного, занимающего остальную часть магни­тосферы. Напряженность магнитного поля у поверхности в 20 раз боль­ше, чем на Земле. Кроме теплового и дециметрового радиоизлучения Юпитер является источником радио-всплесков (резких усилений мощности излучен­ия) на волнах длиной от 4 до 85 м., продолжительностью от долей секун­ды до нескольких минут или даже часов. Однако длительные возмущения ­это не отдельные всплески, а серии всплесков - своеобразные шумовые бури и грозы. Согласно современным гипотезам, эти всплески объясняются плазменными колебаниями в ионосфере планеты. 1.4. Спутники.
Юпитер имеет 16 спутников. Первые 4 спутника открыты ещё Галилеем (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто). Они, а также внутренний, самый близкий спутник Амальтея движутся почти в плоскости экватора планеты. Ио и Ев­ропа почти сравнимы с Луной, а Ганимед и Каллисто даже больше Мерку­рия, хотя по массе значительно уступают ему. По сравнению с другими спутниками “галилеевские” исследованы более детально. Внешние спутники обращаются вокруг планеты по сильно вытянутым орбитам с большими углами наклона к экватору (до 30 5о). Это маленькие тела - от 10 до 120 км, по-видимому, неправильной формы. Самые внешние 4 спутника Юпитера обращаются вокруг планеты в обратном направлении. 1.5. Кольца Юпитера.
По данным, полученным с американских космических аппаратов "Вояжер", Юпитер окружен в эква­ториальной области системой колец. Кольцо расположено на расстоянии 50 000 км. От поверхности планеты, его ширина около 1 000 км. Существо­вание кольца Юпитера было предсказано в 1960 г. астрономом С.К. Всехс­вятским на основании наблюдений. Юпитер генерирует мощные полярные сияния, сильные радиошумы; возле него межпланетные аппараты наблюдают пылевые бури – потоки мелких твердых частиц, выброшенных в результате электромагнитных процессов в магнитосфере планеты. Мелкие частицы, которые получают электрический заряд при облучении солнечным ветром, обладают очень интересной динамикой: являясь промежуточным случаем между макро- и микротелами, они примерно одинаково реагируют и на гравитационные и электромагнитные поля. Именно из таких мелких каменных частиц, в основном, состоит кольцо Юпитера. Его главная часть имеет радиус 123-129 тысяч километров. Увидеть кольцо Юпитера с Земли практически невозможно: оно очень тонкое и постоянно повёрнуто к наблюдателю ребром из-за малого наклона оси вращения Юпитера к плоскости его орбиты.
§ 2. Сатурн - великолепие колец.
2.1. Общая характеристика.
Сатурн - вторая по величине среди планет Солнечной системы, в телескоп средней силы хорошо заметно, что шар Сатурна сильно сплюснут – ещё сильнее чем у Юпитера. На поверхности планеты выделяются параллельные экватору полосы, правда, мене четкие, чем у Юпитера. В этих полосах можно рассмотреть многочисленные, хотя и неяркие детали, именно по ним Уильям Гершель определил период вращения Сатурна. Он оказался очень коротким – всего 10 часов 16 минут. Эк­ваториальный диаметр Сатурна лишь немного меньше, чем у Юпитера, но по массе Сатурн уступает Юпитеру более чем втрое и имеет очень низкую среднюю плотность - около 0,7 г/см. Низкая плотность объясняется тем, что пла­неты-гиганты состоят главным образом из водорода и гелия. При этом в недрах Сатурна давление не достигает столь высоких значений, как на Юпитере, поэтому плотность вещества там меньше. Спектроскопические исс­ледования обнаружили в атмосфере Сатурна некоторые молекулы. Темпера­тура поверхности облаков на Сатурне близка к температуре плавления метана (-184 5о), из твёрдых частичек, которого, скорее всего,3о,остоит облачный слой планеты.
2.2. Кольца Сатурна.
В телескоп видны вытянутые вдоль экватора тёмные полосы, называемые также поясами, и светлые зоны, но эти детали ме­нее контрастны, чем на Юпитере, и отдельные пятна в них наблюдаются гораздо реже. Сатурн окружен кольцами, которые хорошо видны в телескоп в виде "ушек" по обе стороны диска планеты. Долгое время считалось, что к Сатурну приблизился неосторожный спутник и был разорван его приливными силами. Но данные вояджеров опровергли это распространенное мнение. Сейчас установлено, что кольца Сатурна представляют собой остатки огромного околопланетного облака протяженностью во многие миллионы километров. Они были замечены ещё Гали­леем в 1610 году. Предположение, что планета окружена кольцом, высказал голландец Христиан Гюйгенс. Поначалу его гипотеза вызвала ожесточенную критику со стороны ортодоксов. Кольца Сатурна - одно из самых удивительных и инте­ресных образований в Солнечной системе. Плоская система колец опоясы­вает планету вокруг экватора и нигде не соприкасается с поверх­ностью. В кольцах разделяются три основные концентрические зоны, разг­раниченные узкими щелями: внешнее кольцо А, среднее В (наиболее яр­кое),внутреннее кольцо С, довольно прозрачное, "креповое", внутренний край его не резкий. Наиболее близкие к планете слабо различимые части внутреннего кольца обозначаются символом D. Обнаружено также сущест­вование практически прозрачного самого внешнего кольца D'. Сквозь все кольца Сатурна просвечивают звёзды. Кольца вращаются вокруг Сатурна, причём скорость движения внутренних частей больше, чем наружных. Кольца Сатурна не сплошные, а представляют собой плоскую сис­тему из бесконечного количества мелких спутников планеты. Плоскость колец практически совпадает с плоскостью экватора Сатурна и имеет постоянный наклон к плоскости орбиты, равный приблизительно 27 5о. В за­висимости от положений планеты на орбите мы видим кольца то с од­ной, то с другой стороны. Полный цикл изменения их вида завершается в течение 29,5 лет - таков период обращения Сатурна вокруг Солнца. Время от времени кольца на короткий срок перестают быть видимыми в телеско­пы средних размеров. Это происходит когда плоскость колец проходит точно через Солнце и поверхность оказывается лишенной яркого освещения, либо когда кольца бывают обращены к наблюдателю "ребром" и выглядят как чрезвычайно тонкая полоска, видимая только в крупнейшие телескопы. Толщина колец, по современным данным, около 3,5 км. Она очень мала по сравнению с их диаметром, который по наружному краю кольца А составляет 275 тыс.км. Размеры частиц не определены окончательно. Радио - астрономические наблюдения свидетельствуют о наличии в кольцах множества частиц размером не менее нескольких сантиметров. Не исключе­на возможность присутствия в кольцах Сатурна ещё более крупных час­тиц, так же как и пыли. Инфракрасные спектры колец Сатурна напоминают спектры водяного инея. Однако в других частях спектра позднее была обнаружена особен­ность, не характерная для чистого льда. 2.3. Спутники.
У Сатурна известно 22 спутника. Все они названы в честь античных героев: это Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан, Гиперион, Прометей, Пандора, Эпиметий, Япет, Феба, Янус, Телесто, Калипсо, Диона и тд. Из этих спутников наиболее интересны следующие четыре спутника: Янус - самый близкий к Сатурну, движется настоль­ко близко к поверхности планеты, что обнаружить его удалось только при затемнений колец Сатурна, создающих вместе с планетой яркий ореол в поле зрения телескопа. Самый большой спутник Сатурна - Титан - один из величайших спутников в Солнечной системе по размеру и массе. Его диа­метр приблизительно такой же, как диаметр Ганимеда. Титан окружен ат­мосферой, состоящей из метана и водорода. В ней движутся непрозрачные облака. Все спутники Сатурна, кроме Фебы, обращаются в прямом направле­нии. Феба движется по орбите с довольно большим эксцентриситетом в об­ратном направлении. Диаметр 220 километров, полный оборот вокруг Сатурна Феба делает за 1,5 года. Гипперион – тёмный спутник неправильной формы 330x240x200 километров с хаотическим собственным вращением, период которого меняется на десятки процентов в течении нескольких недель. Радиус его орбиты 1,481 миллионов километров. Япет – примечателен резкой асимметрией яркости полушарий – в десять раз. Его диаметр 1440 километров, радиус орбиты 3,561 миллионов километров. Ученые связывают сильное почернение передней стороны Япета с бомбардировкой мелкой пылью от внешнего спутника – Фебы. § 3. Уран – вокруг Солнца, лёжа на боку.
3.1. Уран. Общая характеристика.
Уран – седьмая по порядку от Солнца планета Солнечной системы. По диаметру он почти вчетверо больше Земли. Он очень далёк от Солнца и освещён сравнительно слабо. Уран был открыт английским учёным В. Гершелем в 1781 г. Какие-либо детали на поверхности Урана различить не удаётся из-за малых угловых размеров планеты в поле зрения телескопа. Это зат­рудняет его исследования, в том числе и изучение закономерностей вра­щения. По-видимому, Уран (в отличие от всех других планет) вращается вокруг своей оси как бы лёжа на боку. Такой наклон экватора создаёт необычные условия освещения: на полюсах в определённый сезон солнечные лучи падают почти отвесно, а полярный день и полярная ночь охватывают (попеременно) всю поверхность планеты, кроме узкой полосы вдоль эква­тора. Так как Уран обращается по орбите вокруг Солнца за 84 года, то полярный день на полюсах продолжается 42 года, затем сменяется поляр­ной ночью такой же продолжительности. Лишь в экваториальном поясе Ура­на Солнце регулярно восходит и заходит с периодичностью равномерного осевого вращения планеты.
Даже в тех участках, где Солнце расположено в зените, температура на Уране (точнее на видимой поверхности облаков) составляет около -215 5о С. В таких условиях некоторые газы замерзают. В составе атмосферы Урана по спектроскопическим наблюдениям найдены во­дород и небольшая примесь метана. В относительно большом количестве есть, по косвенным признакам, гелий. Как и другие планеты-гиганты, Уран имеет такой состав, вероятно, почти до самого центра. Однако средняя плотность Урана (1,58г/см 53 0) несколько больше, чем плотность Сатурна и Юпитера, хотя вещество в недрах этих гигантов сжато гораздо силь­нее, чем на Уране. Такую плотность Урана можно объяснит предположением о повышенном содержании гелия или существованием в недрах Урана ядра из тяжелых элементов. Одной необычной особенностью Урана является открытая в 1977г.
3.2. Система опоясывающих колец. Это была сенсация! В солнечной системе обнаружена вторая после сатурианской система планетных колец. Они состоят из множества отдельных непрозрач­ных и, по-видимому, очень тёмных частиц. В отличие от колец Сатурна кольца Урана – узкие, как бы “ниточные” образования они в тысячу раз уже, черные и каменистые. Они не видны в от­раженном свете и обнаруживаются только по сильному ослаблению блеска звёзд, оказавшихся для земного наблюдателя позади колец при орбиталь­ном движении планеты. Кольца Урана представляют собой набор из девяти черных “паутинок”. Радиусы их орбит лежат в пределах 40-50 тысяч километров, а ширина лишь 1-10 километров, и только внешнее кольцо в самой широкой части достигает 96 километров. Каждое кольцо шире всего в той части, которая наиболее удалена от планеты. Удалённость колец от центра Урана составляет от 1,6 до 1,85 радиуса планеты. Стабильность и узость колец создает немало проблем для астрономов. Быть может, возле урана есть ещё неоткрытые спутники, вызвавшие образование таких странных колец? 3.3. Спутники Урана.
Всего спутников у Урана известно 15 они делятся на две группы: внешние и внутренние. К внутренним спутникам относятся: два самых далеких и крупных спутника – Оберон и Титания открытые Гершелем – расположенные на расстояниях 582,6 и 435,8 миллионов километров. Они почти близнецы, их диаметры равны 1520 и 1580 километров. Их поверхности сильно изрыты метеоритными кратерами, также на их поверхности имеются свидетельства тектонической активости.
Два следующих спутника – Умбриэль и Ариэль – открыты английским астрономом Уильямом Ласселом в 1851 году с помощью мощного телескопа, построенного им на острове Мальта. Они тоже имеют почти одинаковый размер: Умбриэль диаметром 1170 километров обращается вокруг Урана на расстоянии 265 тысяч километров; Ариэль диаметром 1160 километров движется по орбите радиусом 191 тысяч километров. Умбриэль самый темный спутник в солнечной системе он отражает только 19% падающего на него света, в то время как Ариэль самый светлый спутник он отражает 40% падающего на него света. На поверхности обоих спутников сохранились следы крупномасштабных геологических движений и явные признаки древнего вулканизма. В 1948 году американский астроном Джерард Койпер открыл пятый внешний спутник урана – Миранду находящуюся на расстоянии 130 тыяч километров от планеты. Это небольшой спутник, диаметром 470 километров, с интереснейшими следами неожиданно бурного геологического прошлого. Вояджер-2 в январе 1986 года передал на землю отличные изображения Миранды. По снимкам специалисты составили стереоскопическое изображение рельефа, где выделяются обширные бороздчатые области, напоминающие вспаханные поля. Область, в которой борозды сходятся под углом получила неофициальное название “шеврон”. На краю её, в районе южного полюса, расположен почти отвесный обрыв высотой 15 километров. Остаётся непонятным, откуда взялась энергия для такой геологической активности Миранды.
Вояжер – 2 в 1986 году открыл десять маленьких спутников в зоне 50-86 тысяч километров от планеты – именно там, где и предсказывали астрономы (А. Фридман, Н. Горькавый) ещё за год до этого. Новым спутникам дали имена героев Шекспира. А орбиты шести из них оказались близки к заранее найденным.
ИМЯ
Радиус орбиты, тысяч километров
предсказанный в 1985 году
открытый в 1986 году
Порция
66,45
66,10
Дездемона
62,47
62,66
Крессида
61,86
61,77
Бианка
58,60
59,16
Офелия
55,38
53,76
Корделия
51,58
49,75
Остальные четыре спутника – Пэк, Белинда, Розалинда, Джульетта, хотя и названы в основном именами прекрасных героинь, черны как уголь. На самом крупном из них – Пэке (диаметр 150 километров) – видны кратеры. Это единственный новый спутник названный мужским именем находится на расстоянии 86 тысяч километров от Урана – как раз между кольцами и Мирандой. § 4. Нептун – царство холода.
4.1. Открытие.
Нептун - восьмая по счёту планета Солнечной системы. Нептун был открыт необычным образом. Было замечено, что Уран движется не совсем так, как ему полагается двигаться под действием притяжения Солнца и из­вестных в то время планет. Тогда заподозрили существование ещё одной массивной планеты и попытались пред вычислить её положение на небе. Эту чрезвычайно сложную задачу независимо друг от друга успешно решили английский астроном Дж.Адамс и француз У. Леверье. Получив данные Ле­верье, ассистент Берлинской обсерватории И.Галле 23 сентября 1846 г. обнаружил планету. Открытие Нептуна имело величайшее значение прежде всего потому, что оно послужило блестящим подтверждение закона все­мирного тяготения, положенного в основу расчётов. 4.2. Общая характеристика. Средняя удалённость Нептуна от Солнца 30,1 а.е., период вращения по орбите - 164 года и 288 дней. Таким образом, с момента открытия Нептун даже не совершил полного оборота по своей орбите. Видимый угловой диаметр Нептуна сос­тавляет около 2". При измерении столь малого диаметра угломерными приспособлениями с поверхности Земли относительная ошибка очень вели­ка. Уточнить диаметр Нептуна удалось 7 апреля 1967 г., когда планета в своём движении на фоне звёздного неба заслонила одну из далёких звёзд. По результатам наблюдений с нескольких астрономических обсерва­торий экваториальный диаметр Нептуна составляет 50 200 км. Новые све­дения о диаметре позволили уточнить величину средней плотности Нептуна: она оказалась равной 2,30 г/см. Такие характеристики типичны для планет-гигантов, состоящих главным образом из водорода и гелия с при­месью соединений других химических элементов. В центре Нептуна, согласно расчётам, имеется тяжёлое ядро из силикатов, металлов и других элементов, входящих в состав земной группы. Изучение характера ослабления блеска звезды при её затемнении атмосферой Нептуна дало много допол­нительной информации. В частности, был найден средний молекулярный вес надоблачных слоёв атмосферы Нептуна. Он соответствует молекулярному водороду с небольшой примесью метана. Детали на поверхности Нептуна различить очень трудно. Поэтому параметры суточного вращения - положе­ние оси, направление и период вращения - определить из наземных наблю­дений очень сложно.
4.3. Спутники Нептуна.
У Нептуна всего два спутника. Первый Тритон, открытый в 1846 году английским астрономом-любителем Уильямом Ласселом. Спутник оказался необычным: он движется в направлении обратном вращению самой планеты. Сейчас установлено, что четыре внешних спутника Юпитера и самый внешний спутник Юпитера Феба являются обратными. Тем не менее Тритон выделяется среди них: его диаметр – 2700 километров, и в нем сосредоточена почти вся масса спутниковой системы Нептуна. Кроме того, он обращается очень близко к Нептуну – на расстоянии всего 355 тысяч километров. Обратные спутники других планет имеют диаметры в пределах от 30 до 220 километров, содержат ничтожную часть массы своих спутниковых систем и удаленны от планет на 13-25 миллионов километров.
Через две недели после открытия самого Нептуна, был открыт второй спутник - Нереида - очень небольшой, диаметром 340 километров. Обладает сильно вытянутой орбитой. Расстояние от спутника до планеты меняется в пределах от 1,5 до 9,6 млн. км. В зависимости от перигея к апогею орбиты. Направление орбитального движения - прямое. Нейрида делает полный оборот вокруг Нептуна за 360 суток когда Тритон делает полный оборот за 6 суток.
4.4. Арки в кольцах Нептуна.
После того как в 1977 году по затмению звезды были обнаружены кольца Урана, аналогичные наблюдения начали проводить для Нептуна. И действительно в середине 80-ых годов ученые открыли кольца, но очень странные: они были неполными. Эти разорванные кольца стали называть дугами или арками. Вещество в них распределено не равномерно: плотность резко падает у концов дуги. Представить себе стабильное скопление частиц в одной части орбиты очень трудно. Ведь периоды обращения независимых частиц хоть немного, но отличаются, так что всё скопление должно постепенно растянуться вдоль орбиты и превратиться в кольцо.
В августе 1989 года Вояджер-2 сфотографировал уникальное образование - три плотные яркие арки, нанизанные на непрерывное узкое и прозрачное пылевое колечко. Внутри арок видна цепь отдельных сгустков на расстоянии нескольких сот километров друг от друга. Исследование арок показывает, что в середине они содержат уплотнение шириной 15 километров, окруженное прозрачным пылевым шлейфом шириной 50 километров. Сложные расчеты позволили сделать вывод, что арки Нептуна представляют собой цепочки ранее неизвестных науке эллиптических вихрей антициклонического типа, состоящих из твердых частиц. Размеры самых крупных частиц, видимо, достигают нескольких сот метров. Эти уникальные вихри названы эпитонами; они сложным образом взаимодействуют с ближайшим спутником (Галатей), между собой и с непрерывным пылевым кольцом. Заключение
Передо мной стояло много вопросов: каковы особенности физических свойств планет-гигантов, их основные характеристики, отличие от планет земной группы и найти черты сходства и различия между собой, сколько у них спутников, каково их внутреннее строение и структурные строение особенности колец. Я провел исследовательскую работу: и из всего этого можно сделать следующие выводы: что планеты, относящиеся к гигантам: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Все эти планеты имеют большие размеры и массы, низкую среднюю плотность. Планеты-гиганты очень быстро вращаются вокруг своих осей. Причем, экваториальные зоны планет-гигантов вращаются быстрее, чем полярные. Результат быстрого вращения — большое сжатие планет-гигантов (полярный радиус меньше экваториального)
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 их обнаружено к настоящему времени 28, Сатурна — 30, Урана — 17, у Нептуна — 8. Замечательная особенность планет-гигантов — кольца, которые открыты не только у Сатурна, но и у Юпитера, Урана и Heптуна. Из планет-гигантов лучше других исследованы Юпитер и Сатурн. Планета
Юпитер
Сатурн
Уран
Нептун
Радиус
12 RЗ
10 RЗ
4 RЗ
4 RЗ
Масса
318 mЗ
95 mЗ
15 mЗ
17 mЗ
Плотность
1,3г\смЗ
0,7г\смЗ
1,3г\см З
1,6г\см З
Сутки
10ч.
10 ч.
17 ч.
16 ч.
От солнца
5 а.е.
10 а.е.
19 а.е.
30 а.е.
Год
12 лет
30 лет
84 лет
165 лет
Кольца
Да
Да
да
да
Спутники
28
30
17
8
Ось вращения
| /
— /
Важнейшая особенность строения планет-гигантов заключается в том, что эти планеты не имеют твердых поверхностей. Они состоят в основном из легких элементов — водорода и гелия. Все, что удается рассмотреть на планетах-гигантах 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, окрашивающие детали атмосферы в различные цвета. По своему химическому составу планеты-гиганты резко отличаются от планет земной группы. Это отличие связано с процессом образования планетной системы.
На фотографиях, переданных с борта американских АМС отчетливо видно, что газ в атмосферах планет-гигантов участвует в сложном движении, которое сопровождается образованием и распадом вихрей. Наблюдаемое на Юпитере около 300 лет Большое Красное Пятно, превосходящее по своим размерам Землю представляет собой огромный и очень устойчивый вихрь. Устойчивые пятна видны и на снимках остальных планет-гигантов. Вещество, находящееся под облачным слоем планет-гигантов, недоступно непосредственному наблюдению. В недрах оно должно иметь высокую температуру, так как эти планеты излучают энергии больше, чем получают от Солнца. Совокупность сведений о планетах-гигантах дает возможность построить модели внутреннего строения этих небесных тел. На Юпитере газообразный водород, входящий в состав атмосферы, переходит в жидкую, а затем, с увеличением давления по мере погружения в глубину и в твердую (металлическую) фазу. 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. Магнитное поле планеты улавливает летящие от Солнца заряженные частицы, которые образуют вокруг планеты радиационные поясам. Такие пояса из всех планет земной группы есть только у нашей планеты. Радиационный пояс являются источниками радиоволн и причиной полярных сияний в атмосферах планет-гигантов, где кроме того наблюдаются мощные электрические разряды (грозы). Спутники. Система спутников Юпитера напоминает Солнечную систему в миниатюре. Четыре спутника, открытые Галилеем, называют галилеевыми спутниками. Это Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Самый большой из них — Ганимед — превосходит по размерам Меркурий (но вдвое уступает этой планете по массе). Пролетая вблизи спутников Юпитера (а потом Сатурна), американские автоматические межпланетные станции «Пионер» и «Вояджер» передали на Землю фотографии с изображением их поверхностей, которые напоминают поверхности Луны и планет земной группы. Особенно похож на Луну Ганимед. Кроме кратеров, на Ганимеде много длинных хребтов и полос, образующих своеобразные ветвящиеся пучки.
Кольца. Первыми были открыты кольца Сатурна (XVII в., Галилей, Гюйгенс). С Земли в лучшие телескопы видно несколько колец, разделенных промежутками. Но на фотографиях, переданных с АМС, видно множество колец. Кольца очень широкие: они простираются над облачным слоем планеты на 60 000 км. Каждое состоит из частиц и глыб, движущихся по своим орбитам вокруг Сатурна. Толщина же колец не более 1 км. Поэтому, когда Земля при своем движении вокруг Солнца оказывается в плоскости колец Сатурна кольца перестают быть видимыми. Не исключено, что вещество, из которого состоят кольца, не вошло в состав планет и их больших спутников во время формирования этих небесных тел. В 1977 г. были открыты кольца у Урана, в 1979 г. — у Юпитера, в 1989 г. — у Нептуна. На возможность существования колец у всех планет-гигантов еще в 1960 г. указывал известный астроном С. К. Всехсвятский. Мне кажется что цели, которые я поставил перед собой - были достигнуты, и более того раскрыты почти полностью. Эта работа плод многомесячных усилий, конечно без учителя физики и астрономии Чухарева В.М у меня ничего не получились, и поэтому я думаю что экзаменационная комиссия оценит мой труд, а также труд моего учителя. Литература:
1. Воронцов-Вельяминов Б.А. Очерки о Вселенной, М: Наука, 1980г.
2. Дагаев М.М, В.М. Чаругин В.М. Астрофизика.- М: Просвещение, 1988г.
3. Энциклопедический словарь юного астронома, М.: Педагогика, 1980 г. 4. Энциклопедия астронома М: “Аванта-Плюс”, 2001 г. 
Документ
Категория
Астрономия
Просмотров
1 308
Размер файла
170 Кб
Теги
работа
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа