Занятие 10. ПЛАНЕТЫ-ГИГАНТЫ Общность характеристик планет-гигантов 1. Планеты-гиганты представляют собой крупные массивные газообразные тела с малой плотностью, удалённые от Солнца на значительное расстояние (от 5 до 30 а. е.). 2. Все планеты-гиганты имеют мощные протяженные атмосферы, состоящие в основном из молекулярного водорода и содержащие также гелий (от 6 до 15% по объему), метан, аммиак, воду и некоторые другие соединения. 3. Планетыгиганты очень быстро вращаются вокруг своих осей. Экваториальные области планетгигантов вращаются быстрее, чем области, находящиеся ближе к полюсам. 4. Все планеты-гиганты имеют кольца, обладают большим количеством спутников. Юпитер Сатурн Нептун Уран Планета Юпитер Сатурн Уран Нептун Температура поверхности, °С, от и до Период вращения вокруг оси, час Ускорение свободного паде ния на экваторе (Земля = 1) Средняя плотность, кг/м3 Период обращения вокруг Солнца, земных лет Масса, кг или в массах Земли (Земля=1) Среднее расстояние до Солнца, млн. км Диаметр по экватору, км Количество спутников Характеристики планет гигантов Юпитер Юпитер - пятая по счету и самая большая планета Солнечной системы, названная в честь главного бога в древнеримской мифологии. Во время великих противостояний, ближайшее из которых состоится в 26 сентября 2022 г., Юпитер виден невооруженным глазом. Символ Юпитера Юпитер Венера Луна Средне расстояние от Солнца до Юпитера – 780 миллионов километров (5,2 а.е.). Сутки здесь длятся 10 земных часов, а год (сидерический период) – 11,86 земных лет. Экваториальный диаметр Юпитера – 142,5 тысяч км (11,2 диаметров экватора Земли), полярный – 133,7 тыс. км. Масса Юпитера 1,898⋅1027 кг, что составляет 318 М. Средняя плотность планеты =1,326·103кг/м3. Ускорению свободного падения на Юпитере g=24,78 м/с2 (2,335 g ).Верхний уровень непрозрачных облаков Юпитера характеризуется давлением в 1 атмосферу и температурой -107 °C; на глубине 146 километров – 22 атмосферы, +153 °C. Юпитер представляет собой газообразное тело с чрезвычайно мощной атмосферой, состоящей главным образом из водорода и гелия. В отличие от планет земной группы у гигантов нет твёрдой поверхности. То, что мы наблюдаем, – это вершины облаков. Из-за быстрого вращения планетгигантов и сильных ветров облака вытягиваются в полосы, параллельные экватору. Окраску облакам придают примеси аммиачных образований, метан и другие сложные соединения. Светлые и тёмные полосы атмосферы Юпитера объясняются различными зонами давления. Светлые зоны – это области высокого давления, а тёмные – низкого. В экваториальной зоне газовые течения направлены строго с запада на восток. Скорость движения газовых масс достигает 180 м/с. Вблизи широт от +20 до –20° вещество движется в противоположную сторону со скоростью около 50 м/ с. Ряд атмосферных явлений на Юпитере: штормы, молнии, полярные сияния, — имеет масштабы, на порядки превосходящие земные. Шторм в северном полушарии Юпитера. Фото "Юноны". Фото вихрей Юпитера с "Юноны". Грозовые вспышки на Юпитере. Фото "Юноны", с компьютерной обработкой Аммиачный град на Юпитере: снимок «Юноны» Один из атмосферных вихрей, получивший название Большое Красное Пятно, наблюдается на Юпитере уже свыше 350 лет. Почему имеет красный цвет, никто точно не знает. Скорость ветра в этом урагане достигает 500 км/ч. Фотография Юпитера, сделанная 27 июня 2019 года с телескопа «Хаббл» Сравнение размеров Большого Красного Пятна и Земли Снимки БКП с "Юноны". Три белых пятна на Юпитере, существовавшие до 1998 года слились воедино, образовав новый крупный шторм Внутреннее строение Юпитера Атмосфера Юпитера: гелий, водород Слой жидкого водорода Каменное ядро ? (23 000 К) Металлический водород (4·1012 Па) Юпитер имеет самое сильное магнитное поле из всех планет, которое на полюсах в 12-14 раз сильнее земного. Оно простирается на миллионы километров в космос, достигая при этом орбиты Сатурна. В полярных облаках Юпитера наблюдается явление, подобное земному северному сиянию. Интенсивные и горячие полярные сияния Юпитера северном полушарии Юпитера. Фотография полюса Юпитера с «Юноны» 16 Июля 1994 года. В 23:11. Если бы не Юпитер, жизнь на земле могла прекратится. На Юпитер упала комета «Шумейкер-Леви 9». Которая оставила темное пятно после удара, размером с нашу Землю (около 12 тыс. км. в диаметре). В 1979 г. космические аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» обнаружили у Юпитера кольца. Они состоят из очень мелких пылинок (0,2–200 мкм). Эти пылинки постепенно падают в атмосферу Юпитера, а их место занимают другие, которые образуются при столкновении малых спутников Снимок Юпитера, полученный космическим телескопом «Hubble» 4 сентября 2021 года. Ударная вспышка в южном полушарии Юпитера. Ее источником, вероятно, является астероид. «Juno» и Юпитер. Две большие вращающиеся бури Юпитера. Движение облаков в Большом красном пятне Юпитера Юпитер с близкого расстояния, заснятый аппаратом "Юнона" (Juno) Движение облаков в Большом красном пятне Юпитера 16 октября 2021 года стартовал космический аппарат NASA «Lucy». Целью миссии является исследование троянских астероидов Юпитера. На 2020 год систему Юпитера посетили семь пролётных миссий («Пионер-10», «Пионер-11», «Вояджер-1», «Вояджер-2», «Улисс», «Кассини», «Новые горизонты») и две орбитальных («Галилео» и «Юнона»). 13 апреля 2023готправлена к Юпитеру европейская межпланетная станция JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer ). Ключевыми целями исследования станции станут спутники Юпитера, а именно Европа, Ганимед и Каллисто. Станция должна прибыть к Юпитеру в 2031 году. Спутники Юпитера Юпитер окружен большим количеством спутников, на сегодняшний момент открыто 92 спутника. Четыре самых крупных спутника — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто были открыты еще в 1610 г. Галилео Галилеем У большинства спутников Юпитера диаметр небольшой – от 2 до 4 км. Вулканическая активность Ио, КА «Новые горизонты», 1 марта 2007 г. Ио. Он примечателен тем, что здесь весьма развитая вулканическая активность. Вулканы Ио выбрасывают серу на высоту до 300 км, а вся поверхность планеты залита лавовыми полями. Выброшенные вулканами и оседающие на поверхности соединения серы придают спутнику окраску от белой до ярко-красной и чёрной. Обладает слабой атмосферой, состоящей, в основном из чистой серы, из двуокиси серы. Европа немного поменьше нашей Луны (средний радиус1560,8±0,5 км), и покрыта толстым слоем льда, под которым, есть жидкий океан, а в нем, быть может, найдется какая-нибудь примитивная жизнь в виде бактерий. Толщина льда на Европе составляет от 10 до 30 км, глубина океана около 100 км, а весь объем воды вдвое превышает объем земных океанов. У спутника есть крайне разрежённая атмосфера, состоящая в основном из кислорода. Ледяная оболочка Европы вращается не синхронно с океаном и ядром. То есть она плавает словно сама по по себе, независимо от остальной части спутника. Ганимед – крупнейший спутник в Солнечной системе. Его диаметр на 8% больше, чем у Меркурия. Состоит из примерно равного количества силикатных пород и льда. Предположительно, в его недрах на глубине около 200 км между слоями льда есть океан жидкой воды. Единственный спутник в Солнечной системе обладающий собственным магнитным полем. У спутника есть тонкая атмосфера из O и O2. Каллисто — третий по величине спутник в Солнечной системе. Каллисто состоит из приблизительно равного количества камня и льдов. Он избит кpaтepaми и нaдeлeн дpeвнeй пoвepxнocтью, coxpaнившeйcя eщe cо вpeмeн paннeй Coлнeчнoй cиcтeмы. Глубина подповерхностного слоя жидкой воды превышает 100 км. У Каллисто разреженная атмосфера из углекислого газа. Сатурн ́ н- шестая планета от Сатур Солнца и вторая по размерам планета в Солнечной системе после Юпитера, окружённая красивыми кольцами . Названа в честь римского бога земледелия. Сатурн легко виден с Земли невооружённым глазом. Символ Сатурна Юпитер Венера Луна Средне расстояние от Солнца до Сатурна – 1 миллиард 430 миллионов (9,5 а.е.). Сутки здесь длятся 10,5 часов, а год (сидерический период) – 29,5 земных лет. Экваториальный диаметр Сатурна – 120,5 тысяч км (11,2 диаметров экватора Земли), полярный – 108,7 тыс. км. Масса Сатурна 5,685⋅1026 кг, что составляет 95,2 М. Средняя плотность планеты =0,687·103кг/м3. Ускорению свободного падения на Сатурне g=10,44 м/с2 (1,064 g ).Верхний уровень непрозрачных облаков Эффективная температура Сатурна равна -178° С. Это средняя температура теплового излучения Сатурна. Сатурн – такой же газовый гигант. Диск планеты заметно сплюснут у полюсов. Согласно полученным данным, ядро Сатурна в 55 раз массивнее всей Земли, на лед и камни при этом приходится 17 масс Земли, оставшаяся часть — водород и гелий. Состав сатурнианской атмосферы практически идентичен юпитерианскому – водород с небольшой добавкой гелия и совсем крохотной примесью других газов и соединений. За счет горячего ядра, температура которого достигает 11 700 градусов Цельсия, Сатурн излучает в космос в 2,5 раза больше энергии, чем получает от Солнца. Сатурн во время равноденствия Земля выглядит как бледно-голубая точка под кольцами Сатурна На Сатурне, как и на Юпитере, дуют сильнейшие ветра и возникают ураганы и периодические вихри – например, каждые 30 лет на планете образуется Большое Белое Пятно – огромный вихрь, выделяющийся на желтоватом планетном диске в виде пятна белого цвета. Скорость ветра может достигать 1800 км/ч. Облака на северном полюсе Сатурна образуют гигантский шестиугольник, и каждая его сторона составляет приблизительно 13 800 километров , на котором можно было бы разместить несколько таких планет, как Земля. Снимки, полученные космическим аппаратом «Вояджер-2», показали: -диаметр колец оценивается в 250 000 километров, а их толщина не превышает 1 километра; -кольцевую систему Сатурна на три основных кольца и четвертое – более тонкое, при этом на самом деле кольца образованы из тысяч колец, чередующихся со щелями; - система колец состоит главным образом из частичек льда (около 93%), меньшего количества тяжелых элементов и пыли; - частички, из которых состоят кольца Сатурна, имеют размер от 1 сантиметра до 10 метров. Считается, что Сатурн поглотит свои кольца через 100 миллионов лет. В 1921 году пронесся слух, что кольца Сатурна исчезли. Это было связано с тем, что в момент наблюдений кольцевая система была обращена к Земле ребром и не могла быть рассмотрена с оборудованием того времени. Юпитер Венера Вид Сатурна в современный телескоп (слева) и в телескоп времён ГалилеяЛуна (справа) Сатурн имеет магнитное поле немного уступающее магнитному полю Юпитера. Спутники Сатурна У Сатурна известно 83 естественных спутника с подтверждённой орбитой; это наибольшее число открытых спутников среди всех планет Солнечной системы. Самый большой спутник Сатурна (второй после Ганимеда) — Титан, диаметр которого составляет 5152 км. Это единственный спутник в Солнечной системе с очень плотной атмосферой (в 1,5 раза плотнее земной); она состоит из азота (98 %) с примесью метана. Сила тяжести на нём составляет приблизительно одну седьмую земной. Зонд на поверхности Титана. На поверхности имеются метан-этановые озёра и реки. Давление у поверхности примерно в 1,5 раза превышает давление земной атмосферы. Температура у поверхности — минус 170—180 °C. Несмотря на низкую температуру, что на спутнике возможно существование простейших форм жизни, в частности, в подземных водоёмах, где условия могут быть гораздо комфортнее, чем на поверхности[ Уран Уран - седьмая планета по удаленности и третья по размерам. Oфициaльный cтaтуc плaнeты Уpaн пoлучил лишь в 1781 гoду блaгoдapя Уильяму Гepшeлю. Названа в честь греческого бога неба Урана. Гepшeль снaчaлa думaл, чтo видит кoмeту. Уран стал первой планетой, обнаруженной в при помощи телескопа. Юпитер Символ Урана Несмотря на то, что порой Венера Уран различим невооружённым глазом, более ранние наблюдатели Луна принимали его за тусклую звезду . Средне расстояние от Солнца до Урана – 2 миллиарда 748 миллионов км. (18,38 а.е.). Сутки здесь длятся 17 часов, а год (сидерический период) – 84 земных года. Экваториальный диаметр Урана – 25,6 тысяч км (3,98 диаметров экватора Земли), полярный – 24,97 тыс. км. Масса Урана 8,683⋅1025 кг, что составляет 14,5 М. Средняя плотность планеты =1,27·103кг/м3. Ускорению свободного падения на Уране g=8,87 м/с2 (0,904 g ). Холодная зона, сторона планеты, которая обращена в сторону от солнца имеет температуру от 271 ° С до -268 ° С (от 2 до 5 К), в то время как температура на стороне планеты, обращенной к Солнцу, имеет температуру -213 ° С. Ось вращения Урана наклонена к плоскости эклиптики (напоминаю: это плоскость, в которой вращаются все планеты), причем, наклонена очень сильно – так, что Уран вращается практически «лежа на боку» . Благодаря такому наклону оси полярные области Урана получают в течение года больше энергии от Солнца, чем экваториальные. Однако Уран теплее в экваториальных районах, чем в полярных. Каждый полюс Урана 42 земных года находится в темноте, а следующие 42 года купается в солнечных лучах. Стандартная модель Урана предполагает, что он состоит из трех частей: в центре – каменное ядро, в середине – ледяная оболочка, снаружи – водородно-гелиевая атмосфера. По этой причине специалисты выделили Уран и следующий за ним Нептун в отдельную категорию «ледяных гигантов». Магнитное поле Урана смещено вбок на 59 градусов от оси вращения планеты и смещено таким образом, что не проходит через центр планеты. В Южном полушарии магнитное поле Урана только на треть соответствует магнитному полю Земли. Однако в северном полушарии магнитное поле Урана почти в четыре раза превосходит магнитное поле нашей планеты. Уран и не имеет твёрдой поверхности. Наиболее удалённую часть газообразной оболочки принято называть его атмосферой. Планета зеленоватоголубоватого цвета. При температуре –217 °С в верхних слоях водородно-гелиевой атмосферы Урана образовалась метановая дымка. Метан хорошо поглощает красные лучи и отражает голубые и зелёные. В атмосфере Урана дуют сильнейшие ветры и бушуют длительные грозы. Скорость ветров на Уране может достигать 900 километров в час. В 1986 г. были открыты кольца Урана «Вояджером-2». Уран окружён тринадцатью узкими кольцами, располагающимися в плоскости экватора на расстоянии от 42 до 51,4 тыс. км от центра планеты. Типичная ширина колец от 1 до 8 км, только у самого большого она меняется от 22 до 93 км. Толщина колец не превышает 1 км. Кольца Урана состоят из мелкой пыли и небольших твёрдых тёмных частиц. 8 aвгуcтa 1998 гoдa кocмичecкий тeлecкoп Xaббл зaпeчaтлeл этo фoтo Уpaнa, гдe зaфикcиpoвaл 4 глaвныx кoльцa и 10 cпутникoв. 11-12 июля 2004 гoдa тeлecкoп Keк - инфpaкpacнoe cocтaвнoe изoбpaжeниe oбoиx пoлушapий Уpaнa. Спутники Урана В системе Урана открыто 27 естественных спутников. Самый большой спутник Титания – диаметр 1577 км. Из них только Миранда целиком состоит изо льда, остальные — смесь льда и горных пород. Oбычнo вce луны в Coлнeчнoй cиcтeмe нaзывaли пo имeнaм пepcoнaжeй из гpeчecкиx мифoв. Ho эти пoлучили oбoзнaчeния в чecть гepoeв твopeний Шeкcпиpa и Aлeкcaндpa Пoупa. Миранда спутник Урана Нептун Символ Нептуна Нептун – последняя, восьмая по счету и четвертая по величине планета Солнечной системы. Названа в честь римского бога морей. Открыли его, как говорится, на кончике пера, математик Лeвepьe и математик и астроном Aдaмc. Дело в том, что тяготение Нептуна вносит Венера возмущение в траекторию движения Урана. Луна Средне расстояние от Солнца до Нептуна – 4,5 млрд км. миллионов (30,1 а.е.). Сутки здесь длятся 16 часов ( на экваторе составляет около 18 часов, а у полюсов — 12 часов Год (сидерический период) – 164,8 земных лет. Диаметр Нептуна – около 50 тысяч километров (почти в 3,9 раза больше Земли). Масса Нептуна 1,024⋅1025 кг, что составляет 17,1М. Средняя плотность планеты =1,64·103кг/м3. Ускорению свободного падения на Нептуне g=11,15 м/с2 (1,14 g ). Температура Нептуна в верхних слоях атмосферы близка к −220 °C У Нептун cкaлиcтoe ядpo (мeтaллы и cиликaты), мaнтия, coздaннaя из вoды, мeтaнoвoгo льдa, aммиaкoв и вoдopoднoй, гeлиeвoй и мeтaнoвoй aтмocфepы. Дeтaльнoe cтpoeниe Heптунa пpocмaтpивaeтcя нa pиcункe. Цвет Нептуна голубоватый. Этот цвет планете придает содержащийся в ее атмосфере метан. На Нептуне дуют сильнейшие ветра, скорость которых может достигать 2000 км/ч. Этим ураганам Нептун обязан появлению в своем южном полушарии Большого Темного Пятна – не очень устойчивого урагана, который, продержался в атмосфере Нептуна всего пять лет и бесследно рассосался. Величина магнитного поля приблизительно равна земной. Плaнeтa Heптун pacпoлaгaeт 5-ю кoльцaми, нaимeнoвaнныx в чecть учeныx: Гaллe, Лeвepьe, Лacceлл, Apaгo и Aдaмc. Пpeдcтaвлeны пылью (20%) и нeбoльшими ocкoлкaми пopoды. Иx cлoжнo oтыcкaть, пoтoму чтo лишeны яpкocти и oтличaютcя пo вeличинe и плoтнocти. Koльцa Heптунa, нaблюдaeмыe Boяджepoм-2 в 1989 гoду Снимок планеты Нептун, полученный 18 июля 2018 года с помощью инструмента MUSE на VLT Снимок Нептуна, сделанный космическим телескопом Джеймса Уэбба Спутники Нептуна У Нептуна есть 14 спутников, самый большой из которых – Тритон (в 1,3 раза меньше Луны). Скорее всего Тритон был захвачен тяготением Нептуна позже. Об этом говорит его обратное вращение. Кроме того, Тритон медленно по спирали приближается к Нептуну и через каких-нибудь сто миллионов лет будет разрушен приливными силами. Тритон имеет массивное каменнометаллическое ядро, окружённое ледяной мантией с коркой водяного льда и слоем азотного льда на поверхности. На Тритоне самая низкая в Солнечной системе температура – минус 235 градусов по Цельсию. Газовые гейзеры (криовулканы, исторгающие холодное вещество)замечены над полярной шапкой Тритона. Струи тёмного вещества вырываются вверх с его поверхности и достигают высоты 8 км. Домашнее задание: • §§ 2.6 • Астрономия: учебник для проф. образоват. организаций / [Е.В.Алексеева, П.М.Скворцов, Т.С.Фещенко, Л.А.Шестакова], под ред. Т.С. Фещенко. — М.: Издательский центр «Академия», 2019.