Реферат: Планеты-гиганты

Реферат: Планеты-гиганты

РЕФЕРАТ

ПО АСТРОНОМИИ

НА ТЕМУ:

"Планеты-гиганты"

Работу выполнил ученик 11 "Б" класса

средней школы № 4

Фомин Максим

Проверила Типтярева В. В.

Мытищи, 2001 год.

План

1. Планеты-гиганты

2. Отличие планет-гигантов от планет земной группы

3. Юпитер

· Общая характеристика

· Атмосфера

· Кольцо Юпитера

· Внутренние и внешние спутники Юпитера

4. Сатурн

· Атмосфера и облачный слой

· Магнитные свойства Сатурна

· Кольца

· Спутники Сатурна

5. Уран

· Общие сведения

· История открытия

· Особенности вращения Урана

· Химический состав, физические условия и строение Урана

· Кольца Урана

· .Магнитосфера

· Спутники Урана

6. Нептун

· Общие сведения

· История открытия

· Химический состав, физические условия и внутреннее строение

· Спутники Нептуна

· Кольца Нептуна

· Магнитосфера

7. Список использованной литературы

ПЛАНЕТЫ-ГИГАНТЫ

Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун представляют юпитерову группу планет, или

группу планет-гигантов, хотя их большие диаметры не единственная черта,

отличающая эти планеты от планет земной группы. Планеты-гиганты имеют

небольшую плотность, краткий период су­точного вращения и, следовательно,

значительное сжа­тие у полюсов; их видимые поверхности хорошо отража­ют, или,

иначе говоря, рассеивают солнечные лучи.

Уже довольно давно установили, что атмосферы планет-гигантов состоят из

метана, аммиака, водорода, гелия. Полосы поглощения метана и аммиака в

спектрах больших планет видны в огромном количестве. Причем с переходом от

Юпитера к Нептуну метановые полосы постепенно усиливаются, а полосы аммиака

слабеют. Основная часть атмосфер планет-гигантов заполнена густыми облаками,

над которыми простирается доволь­но прозрачный газовый слой, где «плавают»

мелкие частицы, вероятно, кристаллики замерзших аммиака и метана.

Вполне естественно, что среди планет-гигантов луч­ше всего изучены две

ближайшие к нам – Юпитер и Сатурн.

Поскольку Уран и Нептун сейчас не привлекают к себе особенного внимания

ученых, остановимся более подробно на Юпитере и Сатурне. К тому же

значитель­ная часть вопросов, которые можно решить в связи с описанием

Юпитера и Сатурна, относится также и к Нептуну.

Юпитер является одной из наиболее удивительных планет Солнечной системы, и мы

уделяем ему значитель­но больше внимания, чем Сатурну. Необычайным в этой

планете является не ее полосатое тело с довольно быстрым перемещением темных

полос и изменением их ширины и не огромное красное пятно, диаметр которого

около 60 тыс. км., изменяющее время от времени свой цвет и яркость, и,

наконец, не его «господствующее» по размеру и массе положение в планетной

семье. Необычайное за­ключается в том, что Юпитер, как показали

радио­астрономические наблюдения, является источником не только теплового, а и

так называемого нетеплового ра­диоизлучения. Вообще для планет, которым присущи

спокойные процессы, нетепловое радиоизлучение явля­ется совсем неожиданным.

То, что Венера, Марс, Юпитер и Сатурн являются источниками теплового

радиоизлучения, теперь твер­до установлено и не вызывает у ученых никакого

сомнения. Это радиоизлучение целиком совпадает с тепловым излучением планет и

является «остатком», а точнее–низкочастотным «хвостом» теплового спектра

нагретого тела. Поскольку механизм теплового радио­излучения хорошо известен,

такие наблюдения позво­ляют измерять температуру планет. Тепловое

радиоиз­лучение регистрируется с помощью радиотелескопов сантиметрового

диапазона. Уже первые наблюдения Юпитера на волне 3 см дали температуру

радиоизлучения такую же, как и радиометрические наблюдения в ин­фракрасных

лучах. В среднем эта температура составля­ет около– 150°С. Но случается, что

отклонения от этой средней температуры достигают 50–70, а иногда 140°С, как,

например, в апреле – мае 1958 г. К сожалению, пока не удалось выяснить, связаны

ли эти отклонения радио­излучения, наблюдаемые на одной и той же волне, с

вращением планеты. И дело тут, очевидно, не в том, что угловой диаметр Юпитера

в два раза меньше наи­лучшей разрешающей способности крупнейших

радиоте­лескопов и что, следовательно, невозможно наблюдать отдельные части

поверхности. Существующие наблюде­ния еще очень немногочисленны для того, чтобы

отве­тить на эти вопросы.

Что касается затруднений, связанных с низкой раз­решающей способностью

радиотелескопов, то в отноше­нии Юпитера можно попробовать их обойти. Нужно

только надежно установить на основании наблюдений период аномального

радиоизлучения, а потом сравнить его с периодом вращения отдельных зон

Юпитера. Вспомним, что период 9 час. 50 мин., – это период вращения его

эквато­риальной зоны. Период для зон умеренных широт на 5 – 6 мин. больший

(вообще на поверхности Юпитера на­считывается до 11 течений с разными

периодами).

Таким образом, дальнейшие наблюдения могут привести нас к окончательному

результату. Вопрос о связи аномального радиоизлучения Юпитера с периодом его

вращения имеет немаловажное значение. Если, напри­мер, выяснится, что

источник этого излучения не связан с поверхностью Юпитера, то возникнет

необходимость в более старательных поисках его связи с солнечной

ак­тивностью.

Не так давно сотрудники Калифорнийского техноло­гического института Ракхакришнан

и Робертс наблюда­ли радиоизлучения Юпитера на дециметровых волнах (31 см).

Они использовали интерферометр с двумя пара­болическими зеркалами. Это позволило

им разделить угловые размеры источника, который представляет со­бой кольцо в

плоскости экватора Юпитера, диаметром около трех диаметров планеты. Температура

Юпитера, которую определили на дециметровых волнах, оказалась слишком высокой

для того, чтобы можно было считать природу источника этого радиоизлучения

тепловой. Оче­видно, тут мы имеем дело с излучением, происходящим от заряженных

частиц, захваченных магнитным полем Юпитера, а также сконцентрированных вблизи

планеты благодаря значительному гравитационному полю.

Итак, радиоастрономические наблюдения стали мощ­ным способом исследования

физических условий в атмо­сфере Юпитера.

Мы кратко рассказали о двух видах радиоизлучения Юпитера. Это, во-первых,

главным образом тепловое ра­диоизлучение атмосферы, которое наблюдается на

санти­метровых волнах. Во-вторых, радиоизлучение на деци­метровых волнах,

имеющее, по всей вероятности, нетеп­ловую природу.

Остановимся кратко на третьем виде радиоизлучения Юпитера, которое, как

упоминалось выше, является не­обычным для планет. Этот вид радиоизлучения

имеет также нетепловую природу и регистрируется на радио­волнах длиной в

несколько десятков метров.

Ученым известны интенсивные шумовые бури и всплески «возмущенного» Солнца.

Другой хорошо из­вестный источник такого радиоизлучения – это так называемая

Крабовидная туманность. Согласно пред­ставлению о физических условиях в

атмосферах и на поверхностях планет, которое существовало до 1955 г., никто

не надеялся, что хотя бы одна из планет в состоя­нии «дышать» по образцу

разных по природе объектов – Солнца или Крабовидной туманности. Поэтому не

удиви­тельно, что когда в 1955 г. наблюдатели за Крабовидной туманностью

зарегистрировали дискретный источник радиоизлучения переменной интенсивности,

они не сразу решились отнести его на счет Юпитера. Но никакого дру­гого

объекта в этом направлении не было обнаружено, поэтому всю «вину» за

возникновение довольно значи­тельного радиоизлучения в конце концов возложили

на Юпитер.

Характерной особенностью излучения Юпитера яв­ляется то, что радиовсплески

длятся недолго (0,5 – 1,5 сек.). Поэтому в поисках механизма радиоволн в этом

случае приходится исходить из предположения либо о дис­кретном характере

источника (подобного разрядам), либо о довольно узкой направленности

излучения, если источник действует непрерывно. Одну из возможных причин

происхождения радиовсплесков Юпитера объяс­няла гипотеза, согласно которой в

атмосфере плане­ты возникают электрические разряды, напоминающие молнию. Но

позднее выяснилось, что для образования столь интенсивных радиовсплесков

Юпитера мощность разрядов должна быть почти в миллиард раз большей, чем на

Земле. Это значит, что, если радиоизлучение Юпи­тера возникает благодаря

электрическим разрядам, то последние должны носить совершенно иной характер,

чем возникающие во время грозы на Земле. Из других гипо­тез заслуживает

внимания предположение, что Юпитер окружен ионосферой. В этом случае

источником возбуж­дения ионизованного газа с частотами 1 – 25 мгц могут быть

ударные волны. Для того чтобы такая модель согла­совалась с периодическими

кратковременными радио­всплесками, следует сделать предположение о том, что

ра­диоизлучение выходит в мировое пространство в грани­цах конуса, вершина

которого совпадает с положением источника, а угол у вершины составляет около

40°. Не исключено также, что ударные волны вызываются про­цессами,

происходящими на поверхности планеты, или конкретнее, что тут мы имеем дело с

проявлением вулка­нической деятельности. В связи с этим необходимо

пере­смотреть модель внутреннего строения планет-гигантов. Что же касается

окончательного выяснения механизма происхождения низкочастотного

радиоизлучения Юпи­тера, то ответ на этот вопрос следует отнести к будуще­му.

Теперь же можно сказать лишь то, что источники этого излучения на основании

наблюдений в течение восьми лет не изменили своего положения на Юпитере.

Следовательно, можно думать, что они связаны с по­верхностью планеты.

Таким образом, радионаблюдения Юпитера за по­следнее время стали одним из

наиболее эффективных методов изучения этой планеты. И хотя, как это часто

случается в начале нового этапа исследований, толко­вание результатов

радионаблюдений Юпитера связано с большими трудностями, мнение в целом о нем

как о холодной и «спокойной» планете довольно резко изме­нилось.

Наблюдения показывают, что на видимой поверх­ности Юпитера есть много пятен,

различных по форме, размеру, яркости и даже цвету. Расположение и вид этих

пятен изменяются довольно быстро, и не только благо­даря быстрому суточному

вращению планеты. Можно назвать несколько причин, вызывающих эти изменения.

Во-первых, это интенсивная атмосферная циркуляция, подобная той, которая

происходит в атмосфере Земли благодаря наличию разных линейных скоростей

враще­ния отдельных воздушных слоев; во-вторых, неодина­ковое нагревание

солнечными лучами участков планеты, расположенных на разных широтах. Большую

роль мо­жет играть также внутреннее тепло, источником которо­го является

радиоактивный распад элементов.

Если фотографировать Юпитер на протяжении дли­тельного времени (скажем, в

течение нескольких лет) в моменты наиболее благоприятных атмосферных условий,

то можно заметить изменения, происходящие на Юпи­тере, а точнее – в его

атмосфере. Наблюдениям над этими изменениями (с целью их объяснения) сейчас

уделяют большое внимание астрономы разных стран. Греческий астроном Фокас,

сравнивая карты Юпитера, созданные в разные периоды (иногда с интервалом в

десятки лет), пришел к заключению: изменения в атмо­сфере Юпитера связаны с

процессами, происходящими на Солнце.

Нет сомнений, что темные пятна Юпитера принадле­жат плотному слою сплошных

облаков, окружающих планету. Над этим слоем находится довольно разрежен­ная

газовая оболочка.

Атмосферное давление, создаваемое газовой частью атмосферы Юпитера на уровне

облаков, вероятно, не превышает 20 – 30 мм. ртутного столба. По крайней

мере, газовая оболочка во время наблюдения Юпитера через синий светофильтр едва

заметно уменьшает контрасты между темными пятнами и яркой окрестностью.

Следовательно, в целом газовый слой атмосферы Юпитера довольно прозрачный. Об

этом свидетельствуют также фотомет­рические измерения распределения яркости

вдоль диа­метра Юпитера. Выяснилось, что уменьшение яркости к краю изображения

планеты почти одинаковое как в синих, так и в красных лучах. Следует заметить,

что между слоями облаков и газа на Юпитере резкой гра­ницы, безусловно, нет, а

поэтому приведенное выше зна­чение давления на уровне облаков надо считать

при­ближенным.

Химический состав атмосферы Юпитера, как и дру­гих планет, начали изучать еще

в начале XX ст. Спектр Юпитера имеет большое количество интенсивных полос,

расположенных как в видимом, так и в инфракрасном участке. В 1932 г. почти

каждая из этих полос была отождествлена с метаном или аммиаком.

Американские астрономы Данхем, Адель и Слайфер провели специальные лабораторные

исследования и ус­тановили, что количество аммиака в атмосфере Юпитера

эквивалентно слою толщиной 8 м при давлении 1 атм., в то время

как количество метана – 45 м при давлении 45 атм.

Основной составной частью атмосферы Юпитера яв­ляется, вероятно, водород. За

последнее время это пред­положение подтверждено наблюдениями.

Сатурн, бесспорно, – самая красивая планета Сол­нечной системы. Почти всегда

в поле зрения телескопа наблюдатель видит эту планету, окруженную кольцом,

которое при более внимательном наблюдении представ­ляет собой систему трех

колец. Правда, эти кольца отде­лены друг от друга, слабоконтрастными

промежутками, поэтому не всегда все три кольца удается рассмот­реть. Если

наблюдать Сатурн при наилучших атмосфер­ных условиях (при незначительном

турбулентном дро­жании изображения и т.п.) и с увеличением в 700–800 раз, то

даже на каждом из трех колец едва заметны тон­кие концентрические полосы,

напоминающие промежут­ки между кольцами. Самое светлое и самое широкое –

среднее кольцо, а самое слабое по яркости – внутрен­нее. Внешний диаметр

системы колец почти в 2,4, а внутренний в 1,7 раза больше диаметра планеты.

За последнее время наиболее серьезным исследова­нием колец Сатурна в нашей

стране занимается мос­ковский астроном М. С. Бобров. Используя данные

на­блюдений изменения яркости колец в зависимости от их размещения по

отношению к Земле и Солнцу или от так называемого угла фазы, он определил

размеры частиц, из которых состоят кольца.

Оказалось, что частицы, входящие в состав колец, в поперечнике достигают

нескольких сантиметров и да­же метров. По расчетам М. С. Боброва, толщина колец

Сатурна не превышает 10–20 км.

Как и на Юпитере, на Сатурне видны темные полосы, расположенные параллельно

экватору. Так же как и для Юпитера, для Сатурна характерна разная скорость

вращения для зон с различными широтами. Правда, полосы на диске Сатурна более

стойкие и количество деталей меньше, чем у Юпитера.

ОТЛИЧИЕ ПЛАНЕТ-ГИГАНТОВ ОТ ПЛАНЕТ ЗЕМНОЙ ГРУППЫ

Меркурий, Венера, Земля и Марс отличаются от планет-гигантов меньшими

размерами, меньшей массой, большей плотностью, более медленным вращением,

гораздо более разрежёнными атмосферами (на Меркурии атмосфера практически

отсутствует, поэтому его дневное полушарие сильно накаляется; все планеты-

гиганты окружены мощными протяжёнными атмосферами), малым числом спутников

или отсутствием их.

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

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

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 звёздами 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, 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 – это планета-гигант, которая содержит в себе более 2/3 всей нашей

планетной системы. Масса Юпитера равна 318 земным. Его объем в 1300 раз

больше, чем у Земли. Средняя плотность Юпитера 1330 кг/м^3, что сравнимо с

плотностью воды и в четыре раза меньше, чем плотность Земли. Видимая

поверхность планеты в 120 раз превосходит площадь Земли. Юпитер представляет

собой гигантский шар из водорода, практически его химический состав совпадает

с солнечным. А вот температура на Юпитере ужасающе низкая: -140°С.

Юпитер быстро вращается (период вращения 9 ч. 55 мин. 29 с.). Из-за действия

центробежных сил планета заметно расплющилась , и её полярный радиус стал на

4400 км меньше экваториального, равного 71400 км. Магнитное поле Юпитера в 12

раз сильнее земного .

Возле Юпитера побывало пять американских космических аппаратов: в 1973 г. –

«Пионер-10» , в 1974 – «Пионер-11». В марте и в июле1979 г. его посетили

более крупные и «умные» аппараты – «Вояджер-1 и –2».В декабре 1995 до него

долетела межпланетная станция «Галилео», которая стала первым искусственным

спутником Юпитера и сбросила в его атмосферу зонд.

Совершим и мы небольшое мысленное путешествие вглубь Юпитера.

АТМОСФЕРА

Атмосфера Юпитера представляет собой огромную бушующую часть планеты,

состоящую из водорода и гелия. Механизм, приводящий в действие общую

циркуляцию на Юпитере, такой же, как и на Земле: разность в количестве тепла,

получаемого от Солнца на полюсах и экваторе, вызывает возникновение

гидродинамических потоков, которые отклоняются в зональном направлении

кориолисовой силой. При таком быстром вращении, как у Юпитера, линии тока

практически параллельны экватору. Картина усложняется конвективными

движениями, которые более интенсивны на границах между гидродинамическими

потоками, имеющими разную скорость. Конвективные движения выносят вверх

Страницы: 1, 2, 3, 4