Реферат: Солнечные системы

богато испещренные кратерами, не представляющие большого интереса для

астрономов.

Юпитер

Величайшую из планет Солнечной системы — Юпитер можно найти на расстоянии около

640 млн. км от нас; масс ее составляет больше 300 масс Земли, а объем превышает

объем нашей планеты более чем в 1000 раз. В телескоп Юпитер выглядит как

золотой диск, пересеченный темными и светлыми полосами, идущими примерно

параллельно. В глаза бросаются красноватые или коричневые оттенки цветов, в то

же время можно заметить неправильной формы облако образные пятна, нарушающие

однородность полос. Диск слегка вытянут в направлении полос, диаметр в это

направлении на 1/15 больше, чем в перпендикулярном направлении. Полный оборот

вокруг своей оси Юпитер совершает всего за 9 часов 55 минут.

Наверняка самым

привлекательным объектом на поверхности Юпитера при его наблюдении и изучении

всегда было Большое Красное Пятно (БКП), впервые замеченное в 1878г.

Ученые считали его то огромным (размеры БКП составляют 40 000 км в длину и 13

000 км в ширину) островом гелиевого льда в водородном океане, то исполинским

постоянно извергающимся вулканом. После неоднократных сближений с Юпитером

американских АМС начиная в 1973 года, было однозначно установлено, что БКП —

гигантский циклон, вращающийся в атмосфере планеты против часовой стрелки уже,

по крайней мере, 400 лет (с момента его открытия) и совершающий полный оборот

за шесть земных суток. Расчеты показывают, что в условиях атмосферы Юпитера

такие колоссальные вихри могут существовать по несколько тысячелетий! На

поверхности Юпитера наблюдаются и другие также полупостоянные образования, и

все они до некоторой степени характеризуются блуждающим движением.

Интересной особенностью Юпитера по сравнению с

уже рассмотренными планетами является его средняя плотность: она составляет

всего около 1,33 г/см3. Это позволяет сделать достаточно уверенный

вывод о химическом составе планеты: подавляющее большинство ее составляют

водород и гелий.

Из 16 спутников Юпитера четыре крупнейших были открыты еще Галилеем в 1610 году.

Это — Ио (радиус — 1820 км), Европа (1530 км), Ганимед (2610) и Каллисто

(2450). Легко заметить, что Ганимед и Каллисто даже больше Меркурия. Интереснее

других выглядит Ио. Это — самое сейсмически активное тело Солнечной системы. Во

время пролетов мимо Ио космических кораблей, начиная с конца 70-х годов, было

зафиксировано не одно извержение вулканов. Лава преимущественно состоит из

серы. Ио окружена своеобразной атмосферой: большую часть ее составляет

атомарный водород, но присутствуют также обширные облака из атомов натрия! Все

спутники Юпитера, кроме крупнейших пяти, скорее всего, являются астероидами,

захваченными мощным магнитным полем планеты. Обнаружено вокруг Юпитера и

кольцо, но в 105 раз менее плотное, чем у Сатурна.

Юпитер,

крупнейшая из планет Солнечной системы, по своей природе есть нечто среднее

между карликовой звездой и планетами земного типа.

Сатурн

Среди бесчисленного множества небесных объектов, которые можно видеть в

телескоп, самым красивым, вероятно, является планета Сатурн. Если смотреть

вечером, в сумерки, когда небо еще светлое, то золотисто-желтый шар планеты и

ее неправдоподобно прекрасные кольца, мерцающие в яркой синеве, кажутся скорее

редким произведение искусства, чем явление природы. Чуть заметные на

поверхности Сатурна полосы, более однородные, чем полосы Юпитера, параллельны

большим кольцам; лишь от случая к случаю удается различить отдельные детали,

которые позволяют обнаружить быстрое вращение этого гиганта шара. Яркость

постепенно падает от центра к размытому краю диска планеты, а внешний край

колец кажется растворяющимся в небе. Там, где кольца Сатурна

пересекают диск, видно, что их самый внутренний край ограничен туманной темной

полосой. Это «креповое кольцо» легче всего различить по его слабой тени на

диске планеты. Внешние кольца также отбрасывают тени на поверхность Сатурна, а

он в свою очередь полностью загораживает большие участки колец. Полярные

области планеты в направлении, перпендикулярном к плоскости колец, темнее

других краев диска, и при наблюдении их в хороших атмосферных условиях имеют

чуть зеленоватый оттенок. Нетрудно обнаружить три большие части, на которые

разделены кольца: ярко сверкающее среднее кольцо, более слабое наружное кольцо

и едва светящееся креповое или внутреннее кольцо. Кольца состоят из отдельных

обломков, каждый из которых движется по своей собственной орбите вокруг Сатурна

согласно закону всемирного тяготения Ньютона.

По

размерам Сатурн уступает только Юпитеру: его радиус в 9,2 раз больше земного

(он составляет почти 60 000 км), а по массе эта планета больше Земли в 95 раз.

Обращается Сатурн вокруг Солнца на расстоянии 9,58 а.е., совершая полный оборот

за 29,5 земных лет, а вокруг своей оси он делает полный оборот всего за 10,5

часов (по другим данным — до 11 часов), что обуславливает еще большее, чем у

Юпитера, полярное сжатие — 1/10.

В популярных книгах по астрономии

иногда приводится забавный рисунок — в гигантском воображаемом бассейне с

водой, с легкостью пробки, плавает Сатурн. Эта фантастическая ситуация отражает

реальный факт: Сатурн — единственное тело Солнечной системы, которое легче

воды. Его средняя плотность составляет всего 0,69 г/см3, что в два

раза меньше средней плотности Солнца. Это позволяет с большой долей уверенности

говорить о том, что Сатурн состоит преимущественно из водорода (80% по расчетам

ученых) и гелия (18%).

Предположения

о внутреннем строении Сатурна во многом опирались на более достоверные

заключения о Юпитере. В целом картина схожая: в верхних слоях атмосферы

Сатурна, помимо водорода и гелия, обнаружены также незначительные количества

метана. Ниже, как и у Юпитера, идет глобальный водородный океан, затем слой

металлического водорода. В центре находится силикатно-металлическое ядро,

предположительная масса которого составляет более 9 масс Земли, а температура в

нем достигает 20 000 К.

Из

других тел, окружающих Сатурн, стоит рассказать о крупнейшем из 17 спутников

планеты — Титане. Название отражает суть — Титан, один из самых больших

спутников в Солнечной системе, имеет в диаметре 5150 км. Он замечателен еще и

тем, что окружен атмосферой, которая в десять раз массивнее земной! Главной ее

составляющей является, по-видимому, азот. Велико содержание здесь таких

соединений, как метан, этан и ацетилен. Интересны также еще четыре

крупных спутника Сатурна — Япет, Рея, Диона и Тефия (диаметры порядка 1000 км).

Дело в том, что одно их полушарие (для Япета — переднее по направлению вращения

вокруг Сатурна, для остальных — наоборот) намного темнее другого. Ученые

считают, что яркая сторона этих тел покрыта снегом, тогда как другая —

какими-то горными породами.

Уран и Нептун

Эти две планеты, похожие друг на друга как близнецы, являются гигантскими

планетами, движущимися в самых отдаленных областях солнечной системы. И на

самом деле они очень похожи: Уран немного больше (его радиус — 26 540 км,

Нептуна — 24 300 км), но Нептун массивнее — его масса составляет 17,25 масс

Земли, тогда как у Урана всего 14,6. Благодаря этим незначительным различиям

средние плотности обеих планет почти равны: 1,71 г/см3 для Урана и

1,72 г/см3 для Нептуна. Разглядеть какие-либо детали на

поверхности Нептуна очень трудно, а на Уране видны лишь слабо выраженные пояса,

- эти планеты, конечно, окутаны атмосферами, похожими на атмосферы Юпитера и

Сатурна. Планеты имеют высокие значения альбедо, а в спектрах видны полосы

поглощения метана, аналогичные наблюдаемым у Юпитера и Сатурна, но более

интенсивные. Поглощение желтого и красного света парами метана для Урана и

Нептуна настолько велико, что планеты при прямых наблюдениях имеют зеленоватый

цвет; зеленоватая окраска Нептуна, интенсивнее, чем Урана. На спектрограммах

нет прямых подтверждений наличия аммиака, но водород присутствует.

Действительно планеты-гиганты очень похожи друг на друга; различия их

в основном внешние, обусловленные изменением температуры в соответствии с их

положением в пространстве. Все эти планеты быстро вращаются, имеют огромной

толщиной атмосферы, состоящие из метана и, вероятно, аммиака, и содержат в

своем составе легкие газы – гелий, водород, причем последние характеризуются

значительной концентрацией к центру. По всем этим характеристикам

планеты-гиганты отличаются от планеты земной группы – Меркурия, Венеры, Земли,

Марса и Плутона. Эти различия настолько поразительны, что объединение этих

двух групп планет в одну систему кажется нелепым. Очевидно, эти различия

обусловлены каким-то важным эволюционным фактором.

Несмотря

на грандиозность размеров, а может быть, именно вследствие этого,

планеты-гиганты не предоставляют никаких благоприятных возможностей в качестве

обители для существования жизни в каких-либо известных нам проявлениях.

Поэтому, если мы надеемся доказать универсальность такого эфемерного явления,

как жизнь, нам следует заняться исследованием планет земной группы.

До начала 80-х годов человечество знало о существовании у Урана пяти, а у

Нептуна — двух спутников. Однако уже упоминавшийся Вояджер-2 обнаружил еще

десять мелких небесных тел, вращающихся вокруг Урана, но эти спутники не

представляют никакого интереса, так как являются просто глыбами, похожими на

астероиды, когда-то путешествовавшими по Вселенной, а ныне захваченными

магнитным полем планеты. Стоит заострить внимание на спутнике Урана Миранде

(наименьшем из пяти — его диаметр около 500 км). Он выглядит настолько

необычно, что ученые сделали предположение о том, что Миранда сначала

разломилась на куски, а затем вновь беспорядочно собралась воедино. Больший

из двух спутников Нептуна — Тритон — входит в группу крупнейших спутников

планет Солнечной системы — его радиус около 2000 км. Он движется вокруг

Нептуна в направлении, обратном вращению планеты, что заставляет

предполагать, что Тритон — это объект, захваченный Нептуном, а не

образовавшийся вместе с ним. И у Урана, и у Нептуна обнаружены кольца той же

природы, что у Юпитера и Сатурна.

Плутон

Самая далекая от Солнца из всех открытых до сих пор планет совершенно не

похожа на другие планеты, находящиеся во внешних областях солнечной системы.

Чужестранцем-карликом выглядит Плутон среди планет-гигантов.

Орбита планеты невероятно сильно наклонена – на 17°2¢ – ни у одной

известной планеты ничего подобного не было. Наклон оси составляет 50°. Мало

того, орбита обладает необычной вытянутостью. Потому и получается, что Плутон

то проходит всего в 4400000000 км. от светила, то удаляется от него на

7400000000 км. По самым последним данным его диаметр составляет примерно 3100 –

3200 км. Словом, по размерам, по орбите и другим характеристикам – скорее не

планета, а . спутник. Действительно, Плутон представляет собой как бы

неполноценную планету.

В пользу такого предположения говорят и странности в периоде вращения Плутона

вокруг собственной оси. На полный оборот у него уходит 6 суток 9 часов 17

минут, а это слишком много для столь небольшого тела, так что и скорость

вращения выдает его с головой как самозванца в семье планет. Скорость, с

которой движется Плутон по своей орбите, примерно равна 16,8 км/ч. Орбита

очень протяженная и поэтому один плутоновский год равен 247,7 земным годам. К

примеру, если вам сейчас 17 лет, то на Плутоне вам было бы 0,07 лет.

Ускорение свободного падения над поверхностью Плутона равняется 0,49 м/с2

. Если ваша масса примерно равна 70 кг., то на этой планете вы бы весили 4 кг!

При зарождении и эволюции планеты. В ее недрах происходили менее активные

процессы, нежели на других планетах Солнечной системы. В рамках модели

равновесной конденсации из протопланетной туманности при температуре около 40

Кельвин это тело, очевидно, аккумулировалось преимущественно из метанового

льда, и слагающее его вещество не претерпело в дальнейшем заметной

дифференциации. Другая возможность – формирование из гидратов метана (CH4

×8H2O) при температуре конденсации около 70 Кельвин с

последующим их разложением в процессе внутренней эволюции, дегазацией CH4

и образованием метанового льда на поверхности. Отождествление его в спектре

отражения Плутона благоприятствует обеим этим моделям, не позволяя, однако,

сделать между ними выбор. При этом для любой из них средняя плотность планеты

оказывается не выше 1,2 г/см3, а альбедо не менее 0,4, что

соответственно уменьшает вероятный диаметр Плутона до размеров Луны, а массу

ограничивает несколькими тысячными долями от массы Земли. Если же плотность

всего 0,7 г/см3, как это следует из анализа соотношений масс Плутона

со спутником, то нужно дополнительно допустить, что слагающие его замерзшие

летучие вещества типа водно-метанового льда находятся в довольно рыхлом

состо­янии.

Схема предполагаемого внутреннего строения Плутона (рис. 1):

Другая схема предполагаемого внутреннего строения (рис. 2):

В отличие от спутников планет-гигантов, у Плутона отождествлены спектральные

признаки метанового конденсата. По результатам узкополосной фотометрии

отношение интенсивности отражения в двух спектральных областях, в одной из

которых расположены полосы поглощения водяного и аммиачного льда, а в другой

– сильная полоса поглощения метанового льда, оказалось равным 1,6. Если взять

чистый метановый лед и снять те же спектры в лаборатории, то отношение

оказывается лишь немного больше, в то время как для спутников гигантов с

признаками водяного льда на поверхности это отношение существенно меньше

единицы. Этот факт служит довольно сильным аргументом в пользу наличия

метана. Обнаружение метанового льда на Плутоне меняет существовавшие до

недавнего времени представления о его поверхности, образованной скальными

породами, в сторону более реальных предположений о покрывающем ее протяженном

ледяном слое.

На Плутоне не обнаружено видимых признаков атмосферы. Маловероятно, что неон

может там концентрироваться хотя бы в малых количествах, так как столь малая

планета не способна удержать столь легкий газ.

Над поверхностью планеты максимальная температура примерно равна –212°С, а

минимальная –273°С, то есть постоянно приближается к абсолютному нулю.

Плутон является уникальной и самой интересной планетой Солнечной системы. По-

прежнему остается множество загадок о точном происхождении, химическом

составе Плутона. На «владыку подземелья» еще ни разу не приземлялся, ни один

исследовательский комплекс с Земли, естественно фотографий поверхности тоже

нет. Нахождение на Плутоне живых организмов равно нулю, так как с точки

зрения современной науки ни один организм Земли не смог бы выжить в таких

суровых условиях, а других форм жизни мы пока не находили. Есть малая

вероятность нахождения там полезных ископаемых в виде дефицитного газа, но

такие химические элементы есть на более близких к Земле планетах.

Малые планеты

Еще в середине XVIII века было замечено, что расстояния от Солнца до планет

можно связать простой зависимостью:

r = 0,4 + 0.3 x 2n (а. е.)

Так,

для Меркурия n=-¥, r=0,4 (на самом деле оно равно 0,387 а.

е.); для Венеры n=0, r=0,7 (настоящее расстояние — 0,723); для

Земли — n=1, r=1; для Марса при n=2 имеем r=1,6

(истинное значение — 1,523). Следующая планета — Юпитер. Но при n=3

находим r=2,8, тогда как Юпитеру соответствует n=4 и r

=5,2 (должно бы быть 5,203), а Сатурну почти идеально подходит n=5 и

rе (на самом деле — 9,546). Отсюда следовало, что на расстоянии примерно 2,8

а. е. от Солнца должна существовать какая-то планета!

В

1796 году даже было организовано общество астрономов, стремившихся обнаружить

эту неизвестную планету. Но совершенно независимо от него в 1801 году

сицилийский астроном Пиацци случайно обнаружил звездный объект, координаты

которого менялись от ночи к ночи. Расчеты показали, что этот объект движется

вокруг Солнца по эллиптической орбите с большой полуосью в r=2,77 а. е.

Эта первая из малых планет была названа Церерой по имени греческой

богини плодородия, считавшейся покровительницей Сицилии. Вскоре были открыты

еще три астероида (“звездообразных”) — Паллада, Юнона и Веста.

На сегодняшний день

закаталогизированно более 3500 астероидов. Размеры крупнейших составляют

(диаметр): Цереры — около 1000 км, Паллады — 608, Весты — 538, Юноны — почти

250 км, подавляющее большинство остальных по размерам не превышают 5-10 км.

Более 97% астероидов вращаются вокруг Солнца между орбитами Марса и Юпитера, но

есть и исключения: сильно вытянутая орбита Икара проходит к Солнцу ближе, чем

Меркурий, а астероид Хирон, открытый с 1977 году, заходит далеко за орбиту

Сатурна и подходит близко к орбите Урана. Он был обнаружен только благодаря

своим относительно большим размерам — его диаметр около 200 км.

Некоторые

астероиды в своем путешествии по межпланетному пространству подлетают довольно

близко к Земле. В 1968 году вышеупомянутый Икар прошел на расстоянии 7 млн. км

от Земли. А в 1976 году был открыт новый астероид, названный Хатором, который

незадолго до открытия прошел от Земли в 1,15 млн. км, то есть всего в три раза

дальше от нас, чем Луна! Но все ученые сошлись во мнении,

что вероятность столкновения Земли с астероидом ничтожно мала. Хотя кто

осмелится утверждать это после знаменитого падения на Юпитер остатков кометы

Шумейкера-Леви-9 в 1996 г.

V. Заключение

Вот и закончился рассказ о современном состоянии нашей планетной системы и

до известного предела – ее историю. Ее будущее, если не произойдет ничего

непредвиденного, представляется светлым. Вероятность того, что какая-то

блуждающая звезда может нарушить установившийся порядок движения планет, мала

даже в пределах миллиардов лет. Не раньше мы можем ожидать каких-то больших

изменений и в солнечном излучении. Возможно ли повторение ледниковых

периодов, мы сказать не можем. Континенты могут подниматься и опускаться в

последующие эпохи, как это происходило в прошлом. Случайные метеориты могут

кое-где продырявить поверхность Земли. Однако порядок, с которым связано само

существование солнечной системы, будет преобладать над всеми этими

изменениями.

VII. Список литературы.

1. Допаев М. М. Наблюдения звездного неба. – М.: Наука, 1978 г., стр. 90-91.

2. Маров М. Я. Планеты Солнечной системы. – М.: Наука, 1986 г., стр. 27,

30-31, 44, 137, 234, 266.

3. Силкин Б. И. В мире множества лун. – М.: Наука, 1982 г., стр. 10-11,

194-195, 196-197, 205.

4. The Computer Guide To The Solar System, Winter Tech, Version 1.20, 1989 г.

5. Уиппл Ф. Земля, Луна и Планеты

6. Куликовский П. Г. Справочник любителя астрономии

Страницы: 1, 2