Урок 15 Тема: Планеты-гиганты КА «Гюйгенс» на Титане, г

Общие характеристики планет-гигантов планета Расстояние от Солнца (млн. км) Эксцентриситет орбиты Наклон орбиты (градусы) Орбитальный период (лет) Наклон оси (градусы) Период вращения (часы) Диаметр (км) Масса (10 24 кг) Плотность (кг/м 3 ) Юпитер ,863.19, Сатурн , , Уран , , ,81270 Нептун , , Большой размер и масса. 2. Малая плотность (Н 2 О). 3. Быстрое вращение вокруг оси (экваториальные зоны вращаются быстрее полярных, большое сжатие планет). 4. Очень удалены от Солнца – поэтому на них низкая температура. 5. Большое число спутников. 6. Имеются кольца (предсказаны в 1960г С.К. Всехсвятским). 7. Не имеют твердой поверхности. 8. Сильное магнитное поле и мощные радиационные пояса. 9. Плотная Не - Н атмосфера. Спутники планет (на г): Юпитер - 63 Сатурн - 60 Уран - 29 Нептун - 13

Юпитер Планета имеет слабое кольцо из мелких каменных частиц, открытое в марте 1979г (в 1960г С.К.Всехсвятский указал на его существование). Это плоское очень разреженное кольцо около 30 км толщиной постоянно повернуто к Земле ребром, а потому не видимо. Вокруг планеты существует гигантское кольцо водного пара, появившийся в результате постоянных бомбардировок микрометеоритами ледяной поверхности Европы. Юпитер в сравнении с Землей Для наблюдателя с Земли это вторая по яркости планета после Венеры, сияя ровным белым светом с альбедо 0,45. Юпитер огромный газовый шар в 318 раз больше Земли по массе и в 1319 раз по объему. Из-за быстрого вращения и действия центробежных сил Юпитер сильно сплющен по полюсам – на 6,5%. Планета больше излучает энергии, чем поглощает. Потоки внутренней энергии нагревают атмосферу (при расчетной в 100 К если бы нагревало только Солнце, температура верхних слоев 130 К). Под слоем облаков нет твердой поверхности. С глубиной происходит постепенный переход от газа к жидкости (водно-аммиачной жидкой оболочкой). Под облаками находится слой толщиной примерно км, состоящий из смеси водорода и гелия, водород постепенно изменяет свое состояние от газа к жидкости с увеличением давления и температуры (до 6000°С).

Атмосфера Юпитера Большое Красное Пятно, открытое в 1664 году Робертом Гуком - гигантский вихрь превосходящий Землю (помещена для сравнения) имея размер примерно х км. Находясь в умеренных южных широтах оно медленно перемещается, делая за сто лет примерно 3 оборота. Пятно вращается против часовой стрелки и делало полный оборот за 6 суток. По краям Пятна располагаются светлые облака, состоящие из аммиака. В атмосфере также наблюдается Белое Пятно размером с Землю, Темное Пятно как временное явление. Атмосфера Юпитера толщиной в 27км по своему химическому составу напоминает солнечную и состоит из трех слоев: - наверху облака из оледеневшего аммиака; - под ними кристаллы из сероводорода; - нижний слой водяной лед. Состав: молекулярный водород - 89,8% и Гелий - 10,2%, а остальные газы составляют доли: Метан (CH 4 ) ; Аммиак (NH 3 ) - 260; HD - 28; Этан (C 2 H 6 ) - 5,8; Вода (H 2 O) - 4. Оранжевый цвет атмосфере придают соединения фосфора и серы. Имеется также аммиак и ацетилен. Ветры в атмосфере планеты достигают скорости в 500 км/ч, наблюдаются грозы.

Магнитное поле Радиоизлучение Юпитера, обнаруженное в 1955г, послужило признаком наличия у него сильного магнитного поля, которое в 4000 раз сильнее земного и простилается на 650 миллионов километров (за орбиту Сатурна!). Магнитная ось наклонена к оси вращения на (10,2 ± 0,6)°. Закручивание электронов вокруг силовых линий порождает радиоизлучение в диапазоне дециметровых волн. Дециметровое излучение связано с взаимодействием ионосферы Юпитера со спутником Ио, орбита которого проходит внутри огромного плазменного тора. Это взаимодействие порождает полярные сияния.

Строение Юпитера Под облаками находится слой толщиной примерно км, состоящий из смеси водорода и гелия, постепенно переходящие от газа к жидкости с увеличением давления и температуры (до 6000°С). Под жидким водородным слоем находится море жидкого металлического водорода глубиной км, формирующийся при давлении 3 млн. атмосфер. Состоящий из протонов и электронов, он является прекрасным проводником электричества. Твердое ядро размером в полтора диаметра Земли, но в раз более плотное (масса ~ 0,3-0,4). Теоретически температура ядра планеты около °С, а давление млн. атмосфер. Такие условия недостаточны для термоядерных реакций, но Юпитер излучает в пространство примерно в 2 раза больше энергии, чем получает ее от Солнца за счет гравитационного сжатия.

Галилеевы спутники Юпитера Открыты Галилео Галилеем (Италия) в 1610г. Ганимед – спутник номер III и самый большой естественный спутник в Солнечной системе (диаметр 5262 км). Имеет толстую мантию льда, которая покрывает его внутренние слои из скальных пород. Средняя плотность - всего 1,93 г/см 3. Ледяная поверхность покрыта кратерами, хребтами и трещинами. Ганимед имеет магнитное поле более сильное, чем у Меркурия, открытое КА «Галилео». Возраст поверхности 3 – 3,5 млрд. лет. Европа – спутник номер II (диаметр 3121 км). Яркая отражающая поверхность покрыта небольшим количеством кратеров, сложной сетью темных линий поверхности водяной лед и снег. Перепад высот на ней составляет не более 50 м. Нет кратеров более 10 км в диаметре, но имеется много длинных ( км) неглубоких борозд. Это поверхность аналогична Северному ледовитому океану Земли, где подо льдом имеется вода. Возраст поверхности до 100 млн. лет. Ио – спутник номер I, самый близкий к планете (диаметр 3643 км) с активной вулканической деятельностью (обнаружено более 120), имеет разряженную атмосферу. Возраст поверхности около 1 млн. лет. Каллисто – спутник номер IV (диаметр 4820 км), самый темный с возрастом в 3,5 млрд. лет, имеет атмосферу. Поверхность камениста, покрыта песком и кратерами. Кратеры (самый большой Валгалла - мульти-кольцевая структура диаметром 600 км, окруженная 15-ю концентрическими кольцами с интервалом от 20 до 100 км) небольшой глубиной и слабо выраженными валами.

Активные вулканы на Ио. Изображение получено 28 июня 1997г с расстояния более км во время девятого орбитального витка "Галилео", показаны два султана вулканических выбросов. На самом краю над кальдерой Пиллан Патера имел в высоту около 140 км. Второй султан, видимый около терминатора, был назван Прометеем – видна тень от этого 75-километрового столба правее точки извержения. Разрешение около 6 км, фотомонтаж в зеленом, фиолетовом в ближнем инфракрасном диапазоне. Вулканы Ио делятся на: 1.Имеют температуру К и скорость выброса газовых продуктов около 500 м/с. Высота газового султана достигает 100 км и более, а выпадающие осадки имеют белый цвет. Таких большинство. 2.Отличаются очень высокой температурой кальдеры, имеют скорость выбросов около 1 км/с и высоту султана до 300 км. Главная их особенность темная кольцевая окантовка на расстояниях нескольких сотен километров от кальдер, К ним относится Пеле и найденные позднее Сурт и Атен. 22 февраля 2000г

Европа Вот она ледниковая поверхность Европы толщиной около 10 км под которой находится жидкий океан. Темные образования - лентикулы («веснушки»), где и предполагается наличие воды. Трещины на поверхности образуются под действием приливных сил. Перепад высот составляет не более 50 м. Кроме того, на Европе нет кратеров более 10 км в диаметре, но имеется много разломов шириной от десятков километров до 100 км, а их протяженность достигает 1600 км.

Ганимед Две наиболее крупные темные области на поверхности Ганимеда получили имена Галилео Галилей и Симон Мариус. Имеется относительно «свежий» метеоритный кратер диаметром 175 км, окруженный сильно разрушенным рельефом Ганимед с расстояния в км. На фото, полученном с "Вояджера", видны ледяные полосы, в разных направлениях пересекающие поверхность спутника, а также светлые ударные кратеры. На водяной лед приходится около 50% его массы.

Каллисто Поверхность насыщена метеоритными кратерами (самая высокая плотность в Солнечной системе). Светлые пятна – более поздние образования. Трещины вокруг одного из метеоритных кратеров Валгалла образуют пятнадцать концентрических колец диаметром до 2600 км. Мульти-кольцевая структура состоит из центральной яркой зоны 600 км в поперечнике, окруженной пятнадцатью концентрическими кольцами с интервалом от 20 до 100 км). Было обнаружено еще по крайней мере семь других мульти- кольцевых структур.

Исследование Юпитера КА «Галилео» 7 декабря 1995г вышел на орбиту ИС Юпитера и работал до 21 сентября 2003 года, совершив почти 35 витков вокруг планеты. Он передал за 8 лет колоссальный объем информации о планете, его лунах и кольцах. Galileo мог бы еще поработать до "естественной кончины", но боясь что неуправляемый зонд рухнет на поверхность Европы, где подозревают жизнь, и загрязнит ее, поэтому сделана была коррекция траектории АМС и она была направлена на Юпитер. 4 декабря 1973 года совершил пролет около планеты АМС «Пионер-10» (США) на расстоянии км. Сделал 340 снимков облачного покрова Юпитера и поверхностей галилеевых спутников. Обнаружил белое пятно, замерял температура внешнего облачного покрова 133 K (- 140 C), уточнил массу планеты и спутника Ио. Исследовал магнитное поле и радиационные пояса. "Pioneer 11" пролетел 3 декабря 1974 года на расстоянии км от Юпитера, передал изображения высокого разрешения планеты и поверхностях некоторых лун, выполнил измерения магнитного поля Юпитера и его взаимодействий с солнечным ветром и солнечной магнитосферой, представил данные об атмосфере. "Voyager 1" (Вояджер) совершил пролет около Юпитера 5 марта 1979 г., а "Voyager 2" 9 июля 1979г. Они передали снимки облачного покрова Юпитера и поверхностей ближайших спутников с удивительными подробностями. Скорость перемещения облаков оказалась равной 120 м/с. "Voyager 1" открыл систему бледных колец, а на спутнике Ио восемь действующих вулканов, 6 подтвержденные "Voyager 2". 30 декабря 2000г мимо Юпитера прошла АМС Cassini ведя съемку планеты и лун. Открыто Темное Пятно.

Сатурн Южное полушарие Сатурна - "ураган Дракона". Он является причиной таинственных вспышек в радиодиапазоне – по видимому мы видим гигантскую грозу на Сатурне. Диаметр планеты в 9,4 раза больше земного, а масса превышает в 95 раз. Сатурн единственная планета Солнечной системы средняя плотность которой меньше плотности воды. Сатурн имеет мощную кольцевую систему. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее чем на Юпитере, поэтому Сатурн не настолько «полосатый». Около полюсов планеты можно наблюдать полярные сияния.

Атмосфера и внутреннее строение Сатурна Мощная и самая большая из планет СС атмосфера имеет высоту в 59,5км. Минимальная температура верхнего слоя в 82К была измерена радиолучем АМС «Вояджер-2». На планете дуют сильные ветры в основном в восточном направлении (на экваторе до 500 м/с). Наблюдаются белые пятна (вихри). Еще Voyager зафиксировала молнии в миллион раз сильнее чем земные. Ниже атмосферы простилается океан жидкого молекулярного водорода. На глубине около км (1/2 радиуса) водород становится металлическим (давление около 3 млн.атм). Движение металла создает мощное магнитное поле планеты. В центре планеты находится железо-каменное ядро. Состав атмосферы: молекулярный водород - 96,3%; гелий - 3,25%, а также в долях: Метан (CH 4 ) ; Аммиак (NH 3 ) - 125; HD - 110; Этан (C 2 H 6 ) - 7.

Кольца Сатурна Снимок колец камерой зонда Cassini 12 декабря 2004г с расстояния 62 тысяч километров Существует три основных кольца, обозначенные А, В, С – различимые с Земли. Между кольцами А и В – «щель Кассини» - где нет частиц. Более слабые кольца D, E, F. Но на самом деле их множество. Общая ширина колец тысяч км, толщина в некоторых местах не превышает нескольких десятков метров, достигая в максимуме 1,5 км, возраст колец составляет всего лишь сто миллионов лет. По мере изменения относительного расположения Земли и Сатурна кольца предстают под разными углами, иногда полностью открываясь, а иногда (при наблюдении с ребра) почти исчезая из вида - период 29,5 лет.

Спутник Сатурна - Титан Место посадки зонда на Титан в естественных цветах. Синими числами указано удаление от камеры. Панорама, составленная из снимков, сделанных во время снижения зонда в атмосфере Титана. Титан - по размерам больше Меркурия, самый большой спутник Сатурна. Состоит наполовину из замерзшей воды и наполовину из скального материала. Титан единственный спутник Солнечной системы окружен обширной атмосферой (не видно поверхности), состоящей из: 85% азот, 12% аргон. Менее 3% (возможно, всего 1%) приходится на метан; имеются небольшие количества этана, пропана, ацетилена, этилена, водорода, кислорода и других составляющих. выноска - темное куполообразное образование диаметром 30 км 14 января 2005 года в 15 часов 45 минут зонд Гюйгенс произвел посадку, исследуя при спуске атмосферу, фотографируя поверхность. На высотах от 6 до 12 миль скорость ветра составляла около 16 миль/час, обнаружил толстый метановый туман (или облако) на высоте от 11 до 12 миль. Температура на поверхности К. «Гюйгенс» передавал данные с поверхности 1 час 12 минут. Свет на планете (но не цвет ее поверхности!) - красно-оранжевый. На фото при спуске наблюдаются русла рек и озера.

Другие спутники Сатурна Минас. Кратер имеет диаметр более 100 км. Открыт Гершелем. Тефия. Знаменита 400 км кратером Одиссей и гигантским каньоном Итака, протянувшимся на 3000 км. Гиперион - фото 25 сентября 2005г с расстояния км - самый большой "космическим обломком" в Солнечной системе- длиной 360 и толщиной 225 км покрыт сетью необычных кратеров (как губка). Энцелад – имеет атмосферу: 65% - водяной пар, 20% - молекулярный водород, а остальные 15% - углекислый газ. Ледовая поверхность сплошь покрыта валунами диаметром в метров. В южной приполярной области бьют фонтаны до 100 км высотой.

Исследование Сатурна КА 15 октября 1997г - КА Кассини стартовал с Земли. 30 декабря 2000г - гравитационный манёвр в поле тяготения Юпитера, " пролётное" изучение Юпитера. 1 июля 2004г - аппарат вышел на орбиту Сатурна. Проводится изучение Сатурна, его колец и спутников. 25 декабря 2004г - отделение спускаемого аппарата Гюйгенс - посадочный модуль отправляется к Титану. 14 января 2005г - посадка на поверхность Титана. АМС "Cassini" продолжает исследование системы Сатурн, рассчитанное на 4 года. 12 ноября 1980г АМС "Вояджер-1" совершила пролет около Сатурна и провела исследования околопланетного пространства, колец, планеты и некоторых ее спутников. Открыл 5 спутников, кольцо G. 26 августа 1981г "Вояджер-2" совершил пролет около Сатурна, в кольце В зарегистрировал молнии, получил много цветных снимков планеты, спутников, колец. На спутнике Тефия обнаружен крупнейший кратер во всей системе Сатурна диаметром 400 км и глубиной 16 км. Первым посланцем к Сатурну, стала американская АМС "Пионер-11". Запущенная 6 апреля 1973 года, она через шесть с половиной лет 1 сентября 1979 года пронеслась вблизи Властелина Колец и передала первую серию его портретов с близкого расстояния. Дважды прошла кольцо Е, открыв его. Измерила температуру колец и планеты.

Уран Открыт 13 марта 1781г У. Гершель Уран почти в четыре раза больше чем Земля, а масса в 14,6 раза больше. В 1977г у Урана была открыта серия узких колец, лежащих в экваториальной плоскости. Самое широкое 96 км. Последние два из 13 открыты в 2003г. Уран отдает лишь чуть больше тепла, чем получает. Кольца с расстояния км с разрешением 36 км. Фото Хаббла в инфракрасном свете. На планете различимы облака и кольца. Уран обращается вокруг Солнца «лежа на боку».

Атмосфера Урана Уран имеет "спокойный", почти лишенный деталей вид, хотя и имеются некоторые намеки на слабые полосы, параллельные экватору. Температура 52 К. Атмосфера вращается в ту же сторону, что и планета. В средних широтах ветер дует в направлении движения планеты со скоростью около 150 м/сек, в экваториальной зоне в обратном направлении - около 100 м/сек. Атмосфера высотой 27,7км состоит из молекулярного водорода - 82,5%; гелий - 15,2% и метана - 2,3%, а также небольшой доли веществ, являющихся результатом фотолиза метана: ацетилен C 2 H 2, диацетилен C 4 H 2, этилен C 2 H 4 и этан C 2 H 6 и другие более сложные углеводороды, образующие тонкую надоблачную дымку. Молекулы метана активно поглощают красные лучи, что придает Урану голубовато-бирюзовый цвет. Основной слой облаков на Уране расположен на уровне давления 2,4-3,4 атмосферы и состоит из замерзшего сероводорода H 2 S. Температура в этой области составляет около 100К (-173С). Ниже первого слоя облаков, на уровне давления атмосфер, расположен второй облачный слой из гидросульфида аммония NH 4 SH. Еще глубже (на уровне давления около 50 атмосфер) находятся облака из водяного льда.

Внутреннее строение Урана Теоретическая модель: - Поверхностный слой - газожидкая оболочка - Мантия - ледяная (смесь водяного и аммиачного льда) - Ядро - из твердых пород ( по видимому каменное). Масса мантии и ядра составляет примерно 85-90% от всей массы Урана. Зона твердого вещества простирается до 3/4 радиуса планеты. Температура в центре Урана достигает 7000 К, а давление – 6 миллионов атмосфер Магнитное поле составляет около 5/6 земного и со смещенным центром на 55º. На уровне облаков напряженность поля равна 0,23 Гс, но конфигурацию лишь приближенно можно считать дипольным. Компас на Уране не будет показывать на географический полюс. Магнитное поле делает возможным «полярные» сияния, наблюдающиеся в верхней части атмосферы. Имеет радиационные пояса слабее земных.

Спутники Урана В 1986г зонд "Вояджер-2" открыл десять небольших спутников (к этому времени были уже известны пять больших (главных) спутников планеты: Миранда (Дж. Койпер ), Ариэль (У. Ласселл ), Умбриэль (У. Ласселл ), Титания (У. Гершель ), Оберон (У. Гершель ). В гг открыты еще 6 небольших спутников планеты, в 2003г три, а в 2005г еще два. Всего у планеты 29 спутников. Миранда Оберон УмбриэльТитания

Исследование Урана КА 24 января 1986г первый и пока единственный космический зонд "Вояджер-2" прошел в км от поверхности облаков Урана со скоростью около 13 км/с. Главные научные результаты пролета около Урана: 1. Облачный слой Урана содержит очень мало контрастных деталей. Температуры полярного и экваториальных районов почти одинаковы (56 К). 2. Период вращения планеты, найденный по пульсации радиоизлучения, короче имевшихся оценок и составляет 17 час 14 мин 24 с. 3. Магнитное поле Урана наклонено на 60° по отношению к оси вращения (если считать его дипольным), причем ось диполя смещена от центра на 1/3 радиуса планеты. Напряженность поля близка к земной, но полярность обратная. 4. Планета обладает протяженной магнитосферой с радиационными поясами, в основном из ионов водорода и электронов. 5. Обнаружено интенсивное так называемое "электросвечение" атмосферы на дневной стороне планеты и радиоизлучение с ночной стороны. 6. Получены первые изображения узких колец Урана. Обнаружены 2 новых слабых кольца. Внешнее кольцо (эпсилон) состоит из крупных кусков, размерами более 10 см. 8. Обнаружено 10 новых спутников. Плотности их указывают на большую долю каменных пород, чем у спутников Сатурна. Темная сторона и кольца

Нептун Открыт 23 сентября 1846 года в Берлинской обсерватории Иоганном Галле в математически рассчитанном месте. Галилей наблюдал Нептун в 1612 году, полагая, что это обычная звезда. В 1984 году французский астроном Андрэ Браик открыл три несформировавшихся кольца, названные дугами (арками). Планета удалена от Солнца почти на 30 а.е. и делает оборот за 164,5 земных года. Диаметр Нептуна почти в 4 раза больше, чем у 3емли, а его объем превышает земной в 58 раз. Но вот по массе Нептун лишь в 17 раз ее больше.

Атмосфера Нептуна Темные пятна - антициклоны: большие системы с повышенным давлением, вращающиеся в верхней части холодных облаков Нептуна. Два темных пятна видны на изображении, полученном "Вояджер-2" в 1989 г - верхнее размером с Землю. Фотографии сделанные орбитальным телескопом "Хаббл" в 1996 и 2002 годах. Хорошо видны сезонные изменения планеты. Состав атмосферы: молекулярный водород - 80,0%; гелий - 19,0%; метана - 1,5%. Остальные элементы в долях HD - 192; этан - 1,5. Толщина газовой оболочки км. Нептун – самая ветряная планета Солнечной системы. Метановые облака к северу от экватора, отбрасывающие тени на основной облачный слой.

Внутреннее строение Нептуна Внешняя газовая оболочка (атмосфера) имеет толщиной около км. Она постепенно с глубиной по мере увеличения плотности и давления, преобразуются в кристаллы (иней). Этих кристаллов с глубиной все больше, и они начинают напоминать пропитанную водой снеговую кашу, а еще глубже - полностью преобразуются в лед. Переходный слой от газовой до ледяной оболочки - около км. Слой толщиной около км, состоящий главным образом из водных, аммиачных и метановых льдов, к которым, возможно, примешан и каменный материал. В центре Нептуна должно находиться каменное или железокаменное ядро диаметром в 1,5-2 раза больше нашей 3емли. Магнитосфера, простирающаяся от планеты на 650 тысяч километров, обнаружена в 1989 году «Вояджера-2». Магнитная ось отклонена от оси вращения планеты на 47°, поэтому она при вращении Нептуна меняет свое положение в пространстве почти на 90°, отчего за несколько часов кардинально изменяется форма магнитосферы, что является уникальным среди всех планет. К тому же она на км удалена от ее центра. Время от времени над Нептуном возникает свечение - полярные сияния. В общей массе Нептуна на газы приходится 5%, на льды 75%, а на каменный материал 20%.

Спутники Нептуна Первый из них Тритон был открыт 10 ноября 1846 году британским астрономом Уильямом Ласселлом. Он же сообщил о наблюдении у планеты колец, признав затем что это была оптическая иллюзия. В 1949 г. американо-голландский астроном Джерард Койпер открыл второй спутник Нереиду. Всего пока у Нептуна открыто 13 спутников. Тритон имеет разреженную азотную атмосферу (ее давление в 70 тыс. раз меньше земного). В ней зафиксированы тонкие облака, состоящие, видимо, из азотного инея, водяные гейзеры и полярные шапки. Температура на спутнике – 235С. На поверхности наблюдаются трещины шириной до 30 км и длиной до км. Еще одна особенность - области, рельеф которых напоминает сетку на кожуре дыни. Эти участки покрыты ячейками поперечником км, которые окружены валами высотой 300 метров. Система спутников Нептуна Поверхность Тритона с замерзшим азотным озером, трещинами и кратерами.

Исследование Нептуна КА 25 августа 1989 года рядом (на расстоянии 5000 км от кромки облаков) с Нептуном пролетела автоматическая станция «Вояджер-2». Он открыл: -магнитное поле и систему колец; - шесть небольших спутников; - достоверно установил, что один оборот вокруг оси планета делает за 1б часов; - на Тритона выявлена необычная поверхность с участками азотного льда и полярной шапкой из азотного инея; - открыты на Тритоне азотные гейзеры - газовые фонтаны, бьющих из недр спутника до 8 км вверх; - наблюдались полярные сияния на Нептуне и на Тритоне.