ЕГЭ
КАРТОЧКИ
ТЕСТЫ
ЧАТ С ИИ
Планеты-гиганты
На данном уроке мы переходим к изучению совершенно особого класса планет — планет-гигантов. Это Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Они настолько отличаются от планет земной группы, что их часто рассматривают как отдельный тип объектов внутри Солнечной системы.
Если планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс) представляют собой плотные каменистые тела с твердой поверхностью, то планеты-гиганты устроены иначе (рисунок 1). Их основную массу составляют водород, гелий и различные летучие вещества. У этих планет нет четкой твердой поверхности, к которой можно «прикоснуться». По мере погружения в глубину их вещество постепенно уплотняется: газообразные слои переходят в жидкие, а при огромных давлениях возникают необычные состояния вещества.
Все планеты-гиганты расположены за главным поясом астероидов — областью между орбитами Марса и Юпитера, где сосредоточено множество малых тел Солнечной системы (рисунок 2). Такое расположение не случайно.
Формирование планет-гигантов происходило в холодной внешней части протопланетного диска (рисунок 3). Температура там была достаточно низкой, поэтому вода, аммиак и метан могли существовать в замерзшем состоянии. Благодаря этому во внешних областях диска находилось значительно больше твердого вещества, из которого могли быстро формироваться ядра будущих планет.
Когда масса таких ядер достигала нескольких масс Земли, их гравитация начинала быстро притягивать окружающий газ. Прежде всего это были водород и гелий. В результате сформировались гигантские планеты, которые мы наблюдаем сегодня.
Юпитер
Юпитер — самая крупная планета Солнечной системы (рисунок 4). Свое название он получил в честь верховного бога древнеримской мифологии. Юпитер расположен за орбитой Марса и главным поясом астероидов. Среднее расстояние от Юпитера до Солнца составляет около $778$ миллионов километров. Это примерно в $5.2$ раза больше расстояния от Земли до Солнца.
- Диаметр планеты составляет около $139 \space 820 \space км$. Юпитер настолько огромен, что внутри него могло бы поместиться более тысячи планет размером с Землю.
- Его масса составляет около $1.9 \cdot 10^{27} \space кг$. Это примерно в $318$ раз больше массы Земли (рисунок 5). При этом масса Юпитера превышает суммарную массу всех остальных планет Солнечной системы.
Несмотря на свои размеры, Юпитер — это не твердое тело. Это гигантский шар газа и жидкости, который вращается с очень высокой скоростью. Его основу составляют водород и гелий. Как вы знаете, это те же вещества, из которых в основном состоит Солнце. Поэтому Юпитер иногда называют «несостоявшейся звездой». Однако его массы недостаточно для запуска термоядерных реакций, которые происходят в недрах настоящих звезд.
У Юпитера существует система очень тонких и темных колец (рисунок 6). Они состоят главным образом из мельчайших частиц пыли, выбрасываемых при столкновениях метеоритов с малыми спутниками планеты — Метидой, Адрастеей, Амальтеей и Фивой. В отличие от ярких ледяных колец Сатурна, кольца Юпитера крайне тусклые и были открыты только в $1979$ году космическим аппаратом «Вояджер-1».
Особенности вращения и движения Юпитера
Один оборот вокруг Солнца Юпитер совершает примерно за $12$ земных лет (рисунок 7). При этом планета движется по орбите со скоростью около $13 \space \frac{км}{с}$. Для сравнения: пуля, выпущенная из автомата, движется примерно в $10–15$ раз медленнее.
Несмотря на огромные размеры, Юпитер также очень быстро вращается вокруг своей оси. Один оборот занимает всего $9$ часов $55$ минут. Это самая быстро вращающаяся планета Солнечной системы.
Из-за быстрого вращения на экваториальные области действует значительная центробежная сила (рисунок 8). Она частично противодействует силе тяжести и приводит к тому, что экватор планеты оказывается «раздутым», а полярные области — заметно сплюснутыми.
Ось вращения Юпитера наклонена всего примерно на $3^\circ$. Из-за такого малого наклона разные области планеты получают почти одинаковое количество солнечного света в течение года. Поэтому смена времен года на Юпитере выражена очень слабо.
Внутреннее строение Юпитера
Как уже было сказано, Юпитер не имеет твердой поверхности в привычном понимании. По мере погружения внутрь планеты давление и температура постепенно возрастают, а вещество становится все плотнее.
Во внешних слоях Юпитер состоит главным образом из газообразного водорода и гелия (рисунок 9). Глубже давление достигает сотен тысяч и миллионов атмосфер. В таких условиях водород постепенно переходит в жидкое состояние. Гелий при этом смешивается с водородом и также находится в виде сильно сжатой жидкости.
Еще глубже давление достигает десятков миллионов атмосфер, а температура — тысяч градусов. В этих условиях электроны начинают отделяться от атомов водорода. В результате возникает металлический водород (рисунок 10). Это особое состояние вещества, обладающее свойствами металла и способное проводить электрический ток.
Таким образом, внутри Юпитера вещество постепенно переходит из газообразного состояния в жидкое. А затем — в особое состояние, называемое металлическим водородом. Именно движение металлического водорода в глубинных слоях создает мощное магнитное поле планеты.
Считается, что в центре Юпитера находится плотное ядро. Оно сравнительно небольшое на фоне размера планеты, но его масса составляет примерно $10–15$ масс Земли. Давление в центральных областях Юпитера, по современным оценкам, достигает десятков миллионов атмосфер (или порядка $10^{12}–10^{13} \space Па$).
Предположительно ядро состоит из тяжелых элементов: силикатов, железа, никеля, а также различных льдов. Под «льдами» в астрономии понимают не только замерзшую воду, но и твердые формы аммиака, метана и других веществ.
Температура в центре Юпитера достигает примерно $20 \space 000–30 \space 000 \space K$. Это сопоставимо с температурой поверхности некоторых горячих звезд, например, Сириуса.
Атмосфера Юпитера
Атмосфера Юпитера — это мощная и динамичная система, в которой доминируют водород и гелий (рисунок 11).
Температура в верхних слоях атмосферы падает до примерно $-145 \degree C$. Однако по мере углубления условия резко меняются. Атмосфера становится плотнее, давление быстро возрастает.
Важно отметить, что у Юпитера нет четкой границы между атмосферой и внутренними слоями планеты. Атмосфера постепенно переходит в плотные жидкие слои без резкой поверхности, как на Земле.
Условной «поверхностью» Юпитера обычно считают уровень, где давление составляет около $1$ земной атмосферы. Однако глубже давление возрастает до миллионов атмосфер. В таких условиях ни человек, ни космический аппарат существовать не смогли бы (рисунок 12). Поэтому современные космические аппараты изучают Юпитер с орбиты или пролетают мимо него, не погружаясь глубоко в атмосферу. Например, станция «Юнона» работает на орбите вокруг планеты и исследует ее атмосферу и магнитное поле дистанционно.
Огромную роль в формировании атмосферных явлений играет внутреннее тепло планеты. А особенность Юпитера заключается в том, что он излучает в космос больше энергии, чем получает от Солнца. Это означает, что внутри планеты существует мощный внутренний источник тепла. Он связан с медленным гравитационным сжатием планеты. Под действием собственной огромной массы Юпитер очень медленно продолжает сжиматься, и при этом выделяется тепло.
Это тепло постоянно поступает из недр планеты в атмосферу и вызывает интенсивное перемешивание газов. Мощные горячие потоки поднимаются вверх, охлаждаются и затем снова опускаются вниз. Так, из-за быстрого вращения Юпитера и постоянного движения газов атмосфера планеты разделяется на длинные полосы. Они опоясывают всю планету параллельно экватору.
Светлые полосы называются зонами. Это области, где газ поднимается вверх. Темные полосы называют поясами — в них газ, наоборот, опускается вниз. Соседние зоны и пояса движутся с разной скоростью, иногда даже в противоположных направлениях. На их границах возникают мощные турбулентные потоки, вихри и гигантские штормы.
Большое Красное Пятно
Одним из самых известных атмосферных явлений является Большое Красное Пятно (рисунок 13). Это гигантский вихрь, представляющий собой устойчивый антициклон.
Антициклон — это область повышенного давления, в которой воздушные или газовые массы движутся по кругу.
Большое Красное Пятно наблюдают как минимум с XVII века. То есть уже более $350$ лет. Размер этого вихря составляет примерно $16 \space 000–18 \space 000 \space км$. Он настолько велик, что внутри него могла бы поместиться Земля.
Скорости ветра внутри Большого Красного Пятна достигают $400–600 \frac{км}{ч}$. Для сравнения: скорость ветра в одном из самых мощных ураганов на Земле — урагане «Патрисия» — достигала примерно $345 \frac{км}{ч}$. Этот ураган вызвал масштабные разрушения в Мексике: уничтожил здания, линии электропередачи, вырвал деревья с корнем и вызвал сильные наводнения.
Под устойчивостью вихря понимают то, что он не исчезает и не затухает в течение очень долгого времени. Ученые до сих пор продолжают изучать причины такой долговечности. Одной из причин считается отсутствие твердой поверхности. Атмосферным потокам не о что «тормозиться», поэтому вихри могут существовать очень долго.
Магнитное поле Юпитера
Юпитер обладает самым сильным магнитным полем среди всех планет Солнечной системы (рисунок 14). Его магнитосфера настолько огромна, что если бы ее можно было увидеть с Земли, она казалась бы на небе значительно больше Луны.
Источник магнитного поля находится в глубинных слоях планеты. Там металлический водород движется вместе с вращением Юпитера. Поскольку металлический водород проводит электрический ток, в нем возникают мощные токи, создающие магнитное поле планеты.
Магнитное поле Юпитера захватывает огромное количество заряженных частиц — главным образом электронов и протонов высокой энергии. Они образуют вокруг планеты мощные радиационные пояса.
Радиационные пояса — это области пространства (части магнитосферы), заполненные быстрыми заряженными частицами, удерживаемыми магнитным полем планеты.
У Земли тоже существуют радиационные пояса (рисунок 15). Их называют поясами Ван Аллена. Однако радиационные пояса Юпитера значительно мощнее и опаснее.
Из-за сильной радиации космические аппараты, работающие рядом с Юпитером, получают очень большие дозы излучения. Например, автоматическая станция «Juno» оснащена специальной защитой электроники от радиации.
Спутники Юпитера
У Юпитера известно более $90$ спутников. Самыми крупными и известными являются Ио, Европа, Ганимед и Каллисто (рисунок 16). Их называют галилеевыми спутниками, потому что они были открыты Галилео Галилеем в $1610$ году.
Ганимед является крупнейшим спутником во всей Солнечной системе. Его диаметр даже больше диаметра планеты Меркурий. Кроме того, у Ганимеда обнаружено собственное магнитное поле, что крайне необычно для спутников.
Особый интерес ученых вызывает Европа. Под ее ледяной поверхностью, вероятно, находится огромный океан жидкой воды. Некоторые ученые считают, что в таких условиях теоретически могут существовать простейшие формы жизни. Например, микроорганизмы, похожие на земные бактерии, живущие в глубинах океанов возле горячих подводных источников.
Спутник Ио считается самым вулканически активным телом Солнечной системы. На его поверхности действуют сотни вулканов, извергающих серу и раскаленные вещества на высоту в сотни километров. Такая мощная вулканическая активность связана с огромным гравитационным воздействием Юпитера.
Каллисто покрыт огромным количеством кратеров и считается одним из самых древних объектов Солнечной системы. Его поверхность практически не изменялась миллиарды лет и сохранила следы древних столкновений.
Кроме галилеевых спутников, вокруг Юпитера обращается множество более мелких спутников неправильной формы. Многие из них, вероятно, являются захваченными астероидами.
Сатурн
Следующая планета — Сатурн (рисунок 17). Это вторая по величине планета Солнечной системы после Юпитера. Свое название Сатурн получил в честь древнеримского бога земледелия и времени.
По мере удаления от Солнца расстояния между планетами становятся все больше. Сатурн расположен значительно дальше Юпитера и получает гораздо меньше солнечного тепла. Среднее расстояние до Солнца составляет около $1.43$ миллиарда километров.
Масса Сатурна составляет примерно $95$ масс Земли, а диаметр — около $116 \space 460 \space км$.
Как и Юпитер, Сатурн состоит главным образом из водорода и гелия. Он не имеет твердой поверхности и представляет собой гигантскую газовую планету.
Интересной особенностью Сатурна является его крайне низкая средняя плотность — около $0.69 \frac{г}{см^3}$. Это меньше плотности воды. Теоретически, если бы существовал достаточно большой океан, Сатурн мог бы в нем «плавать».
Один оборот вокруг Солнца Сатурн совершает примерно за $29.5$ земных лет (рисунок 18). При этом вокруг своей оси планета вращается очень быстро — один оборот примерно за $10$ часов $33$ минуты. Из-за этого Сатурн, как и Юпитер, заметно сплюснут у полюсов и расширен в области экватора.
Внутреннее строение Сатурна
Внутреннее строение Сатурна во многом похоже на строение Юпитера.
Во внешних слоях находится атмосфера из водорода и гелия (рисунок 19). С глубиной давление возрастает до миллионов атмосфер, и водород постепенно переходит в жидкое состояние. Еще глубже возникает металлический водород, проводящий ток.
В центре планеты находится плотное ядро. Предположительно оно состоит из силикатов, железа, никеля и различных льдов. Температура в этой области достигает примерно $12 \space 000–15 \space 000 \space K$.
Как и Юпитер, Сатурн излучает больше энергии, чем получает от Солнца. Это связано с медленным гравитационным сжатием планеты.
Атмосфера Сатурна
Атмосфера Сатурна устроена по тем же физическим принципам, что и атмосфера Юпитера. Но внешне она выглядит более спокойной и менее контрастной.
Она состоит примерно из $96 \%$ водорода и около $3 \%$ гелия (рисунок 20). Также в небольших количествах присутствуют аммиак, метан, водяной пар и другие вещества.
В верхних слоях атмосферы образуются облака аммиака и кристаллов льда. Здесь температура опускается примерно до $–180 \degree C$. Ниже располагаются более плотные облачные слои из других химических соединений.
Как и у Юпитера, у Сатурна нет четкой границы между атмосферой и внутренними слоями планеты. Атмосфера постепенно переходит в плотные жидкие области.
На Сатурне также наблюдаются мощные атмосферные потоки. Скорости ветра могут достигать $400–500 \space \frac{м}{с}$, что соответствует примерно $1400–1800 \space \frac{км}{ч}$. Это значительно быстрее скорости самых сильных земных ураганов.
Иногда на Сатурне возникают гигантские атмосферные бури. Некоторые из них могут охватывать почти всю планету и продолжаться многие месяцы.
Кольца Сатурна
Самой известной особенностью Сатурна является его система колец. Это одна из самых впечатляющих структур во всей Солнечной системе.
Кольца Сатурна состоят не из сплошного вещества, а из миллиардов отдельных частиц льда, камня и пыли. Размеры этих частиц могут быть от долей миллиметра до нескольких метров. Каждая из них движется вокруг планеты как миниатюрный спутник.
Кольца простираются на расстояние до $274 \space 000$ километров от центра планеты (рисунок 21). Но при этом их толщина невероятно мала — в среднем от нескольких десятков метров до примерно $100 \space м$. Локально некоторые участки могут достигать примерно $1 \space км$.
Если представить кольца Сатурна в масштабе листа бумаги, то сама планета была бы размером примерно с крупный мяч. А толщина колец оказалась бы тоньше лезвия бритвы.
Система колец Сатурна состоит из нескольких крупных областей (рисунок 22). Наиболее яркими являются кольца A, B и C. Между ними располагаются промежутки с меньшим количеством вещества. Самым известным из них является щель Кассини. Ее ширина составляет около $4 \space 800 \space км$.
Внутренние кольца содержат больше мелких частиц пыли, а внешние области состоят преимущественно из более крупных ледяных фрагментов.
Ученые считают, что кольца могли образоваться из разрушенных спутников. Или, наоборот, из вещества, которое не смогло объединиться в полноценный спутник из-за мощного притяжения Сатурна.
Магнитное поле Сатурна
Сатурн обладает мощным магнитным полем, хотя оно значительно слабее магнитного поля Юпитера.
Особенностью магнитного поля Сатурна является его почти идеальная симметрия (рисунок 23). Магнитная ось планеты практически совпадает с осью ее вращения. Такое совпадение считается необычным для планет Солнечной системы.
Магнитосфера Сатурна взаимодействует с солнечным ветром и частицами, выбрасываемыми его спутниками. Из-за этого в атмосфере планеты возникают полярные сияния, похожие на северные сияния на Земле.
Спутники Сатурна
У Сатурна также известно более $100$ спутников. Самым крупным из них является Титан (рисунок 24).
Титан — второй по величине спутник Солнечной системы после Ганимеда. Его диаметр больше диаметра планеты Меркурий. Этот спутник особенно интересен тем, что обладает плотной атмосферой. В основном она состоит из азота так же, как атмосфера Земли.
На поверхности Титана обнаружены реки, озера и моря. Но состоят они не из воды, а из жидкого метана и этана. Из-за крайне низких температур вода там находится только в твердом состоянии и играет роль камня. На Титане также наблюдаются облака, дожди и даже смена времен года. А вместо круговорота воды там существует круговорот метана (рисунок 25).
Еще одним необычным спутником Сатурна является Энцелад. Этот небольшой ледяной спутник выбрасывает в космос гигантские струи водяного пара и частиц льда. Эти выбросы образуют огромные шлейфы, уходящие на сотни километров в космос.
Под поверхностью Энцелада, вероятно, существует подледный океан жидкой воды. Поэтому этот спутник считается одним из наиболее перспективных объектов для поиска возможной внеземной жизни.
Интересной особенностью Сатурна является и спутник Япет. Одно его полушарие значительно темнее другого, поэтому спутник выглядит так, будто одна его сторона покрыта сажей.
Еще один необычный спутник — Мимас. Огромный кратер на его поверхности делает его внешне похожим на «Звезду Смерти» из фильма «Звездные войны».
Уран
Уран — седьмая планета Солнечной системы (рисунок 26). Свое название планета получила в честь древнегреческого бога неба Урана. Это первая планета, открытая в Новое время с помощью телескопа. Ее обнаружил английский астроном Уильям Гершель в $1781$ году.
Среднее расстояние от Урана до Солнца составляет около $2.87$ миллиарда километров. Это примерно в $19$ раз больше расстояния от Земли до Солнца. Из-за такого огромного расстояния солнечного света и тепла здесь очень мало.
Диаметр Урана составляет около $50 \space 700 \space км$, а масса — примерно $14.5$ масс Земли. Хотя Уран значительно меньше Юпитера и Сатурна, он все равно относится к числу планет-гигантов.
Эта планета резко отличается от Юпитера и Сатурна не только размерами, но и своим внутренним строением и динамикой. Поэтому Уран относят к особому типу планет — ледяным гигантам. А Юпитер и Сатурн, в свою очередь, называют газовыми гигантами, поскольку они состоят главным образом из водорода и гелия.
Помимо водорода и гелия, в составе Урана содержится большое количество воды, аммиака и метана. В условиях огромного давления и температуры эти вещества находятся в необычных состояниях и образуют так называемые «горячие льды» (рисунок 27).
Один оборот вокруг Солнца Уран совершает примерно за $84$ земных года. При этом вокруг своей оси планета вращается примерно за $17$ часов.
Особенности вращения Урана
Главная особенность Урана — крайне необычный наклон оси вращения. Ось Урана наклонена примерно на $98 \degree$ (рисунок 28). Это означает, что планета фактически вращается «лежа на боку».
Предположительно такой наклон возник в результате гигантского столкновения с крупным космическим телом на ранних этапах формирования Солнечной системы.
Из-за такого положения времена года на Уране выражены необычайно сильно. Один полюс планеты может быть непрерывно освещен Солнцем около $42$ лет, в то время как другой остается в полной темноте. Затем ситуация постепенно меняется.
Еще одной необычной особенностью является направление вращения. Уран вращается «в обратную сторону» по сравнению с большинством планет Солнечной системы. Такое вращение называют ретроградным, или обратным. Подобным образом вращается и Венера.
Внутреннее строение Урана
Как и другие планеты-гиганты, Уран не имеет твердой поверхности в привычном понимании. Во внешних слоях находится атмосфера из водорода, гелия и метана (рисунок 29).
Ниже располагается огромный слой так называемых «горячих льдов». Несмотря на название, это не лед в обычном смысле. При огромных давлениях и температурах вода, аммиак и метан находятся в плотном горячем состоянии, напоминающем сверхсжатую жидкость.
Ученые предполагают, что внутри Урана могут существовать очень необычные формы вещества. Например, при огромных давлениях атомы углерода из метана могут превращаться в кристаллы алмаза. По некоторым моделям, внутри планеты может происходить своеобразный «алмазный дождь».
В центре Урана находится сравнительно небольшое каменистое ядро, состоящее из силикатов и металлов. Температура в центральных областях достигает примерно $5000–7000 \space K$.
Атмосфера Урана
Атмосфера Урана состоит преимущественно из водорода и гелия (рисунок 30). Однако особенно важную роль играет метан. Молекулы метана поглощают красную часть солнечного света и отражают голубовато-зеленые лучи. Именно поэтому Уран имеет характерный голубой цвет.
Температура в верхних слоях атмосферы достигает примерно $– 224 \degree C$. Это делает Уран самой холодной планетой Солнечной системы.
Несмотря на сравнительно спокойный внешний вид, в атмосфере Урана также наблюдаются мощные ветры. Их скорость может достигать $600–900 \space \frac{км}{ч}$.
Иногда в атмосфере появляются крупные облачные структуры и гигантские штормы. Однако из-за большого расстояния до Земли наблюдать такие явления значительно труднее, чем на Юпитере или Сатурне.
Кольца Урана
У Урана также существует система колец. Они значительно уступают по размерам и яркости кольцам Сатурна, однако заметно лучше выражены, чем тусклые пылевые кольца Юпитера и Нептуна. Эти кольца были открыты только в $1977$ году во время наблюдений за прохождением планеты перед звездой.
Сейчас известно $13$ основных колец Урана (рисунок 31). Для Урана такую цифру выделить проще, поскольку его кольца представляют собой сравнительно четкую систему отдельных узких колец. У Сатурна система колец значительно сложнее и включает множество тонких кольцевых структур, пылевых областей и разреженных участков.
Кольца Урана состоят из темных частиц льда, пыли и каменистого вещества. Основные кольца располагаются на расстоянии примерно $38 \space 000–51 \space 000 \space км$ от центра планеты. Они довольно узкие и тонкие по сравнению с кольцами Сатурна. Некоторые кольца имеют ширину всего несколько километров.
Ученые считают, что кольца Урана могут быть сравнительно молодыми. Возможно, они образовались после разрушения небольших спутников или столкновений космических тел вблизи планеты.
Магнитное поле Урана
Магнитное поле Урана является одним из самых необычных в Солнечной системе.
Магнитная ось планеты наклонена примерно на $59 \degree$ относительно оси вращения (рисунок 32). Кроме того, магнитное поле заметно смещено относительно центра планеты.
Из-за этого магнитосфера Урана имеет сложную и сильно асимметричную форму. Во время вращения планеты магнитное поле как бы «качается» в пространстве.
Ученые предполагают, что магнитное поле формируется не в металлическом водороде, как у Юпитера и Сатурна, а в слоях горячих водно-аммиачных жидкостей внутри планеты.
Спутники Урана
У Урана известно более $25$ спутников (рисунок 33). Большинство из них названы в честь персонажей произведений Уильяма Шекспира и Александра Поупа. Самыми крупными их них являются Титания, Оберон, Умбриэль, Ариэль и Миранда.
Титания является крупнейшим спутником Урана. На ее поверхности обнаружены огромные разломы и каньоны, что говорит о сильных изменениях внутреннего строения спутника в прошлом.
Особый интерес вызывает Миранда. Ее поверхность выглядит крайне необычно. На ней находятся гигантские уступы, каньоны и области, словно собранные из разных частей. Некоторые ученые предполагают, что в прошлом спутник мог быть разрушен сильным столкновением, а затем снова собран гравитацией. Здесь расположен один из самых высоких известных обрывов в Солнечной системе — уступ Верона. Его высота достигает примерно $20 \space км$.
Спутник Ариэль покрыт системой огромных трещин и каньонов, а поверхность Оберона испещрена многочисленными древними кратерами.
Нептун
Нептун — восьмая и самая дальняя планета Солнечной системы (рисунок 34). Свое название он получил в честь древнеримского бога морей.
Среднее расстояние от Нептуна до Солнца составляет около $4.5$ миллиардов километров. Солнечного света здесь примерно в $900$ раз меньше, чем на Земле.
Диаметр Нептуна составляет около $49 \space 200 \space км$, а масса — примерно $17$ масс Земли. Как и Уран, Нептун относится к ледяным гигантам.
По составу Нептун также похож на Уран. Планета состоит главным образом из водорода, гелия, воды, аммиака и метана.
У Нептуна также существует система тонких темных колец, состоящих из пыли и ледяных частиц. Они были обнаружены только в $1989$ году во время пролета космического аппарата «Вояджер-2» возле планеты. Некоторые участки колец образуют более плотные области — дуги. Предполагается, что их форму поддерживает гравитационное воздействие спутников планеты.
Особенности вращения Нептуна
Один оборот вокруг Солнца Нептун совершает примерно за $165$ земных лет. С момента открытия Нептуна в $1846$ году планета успела завершить лишь один полный оборот вокруг Солнца. Вокруг своей оси Нептун вращается примерно за $16$ часов (рисунок 35).
Из-за огромного расстояния от Солнца температура на планете чрезвычайно низкая. Однако, как и другие гиганты, Нептун излучает больше тепла, чем получает от Солнца. А точнее — он излучает примерно в $2.6$ раз больше энергии, чем получает.
Внутреннее строение Нептуна
Внутреннее строение Нептуна во многом похоже на строение Урана.
Во внешних слоях располагается атмосфера из водорода, гелия и метана (рисунок 36). Ниже находится слой горячих плотных веществ — воды, аммиака и метана.
В центре планеты расположено плотное ядро из силикатов, металлов и льдов.
Температура в центральных областях Нептуна может достигать примерно $5000–7000 \space K$. Давление там во много миллионов раз превышает атмосферное давление на Земле.
Атмосфера Нептуна
Несмотря на огромную удаленность от Солнца, атмосфера Нептуна чрезвычайно активна.
Именно на Нептуне наблюдаются самые быстрые ветры среди всех планет Солнечной системы. Их скорость может превышать $2000 \space \frac{км}{ч}$. Это быстрее скорости звука в земной атмосфере.
Причины таких мощных ветров до конца не изучены. Предполагается, что важную роль играет внутреннее тепло планеты.
Как и Уран, Нептун имеет голубоватый цвет благодаря метану в атмосфере (рисунок 37). Однако Нептун выглядит более насыщенно-синим.
В атмосфере Нептуна возникают крупные вихри и шторма. В $1989$ году космический аппарат «Voyager 2» обнаружил гигантский вихрь, получивший название Большое Темное Пятно. По своему строению оно напоминало Большое Красное Пятно Юпитера. Позже этот вихрь исчез, однако затем на Нептуне были обнаружены новые крупные штормовые системы.
Магнитное поле Нептуна
Магнитное поле Нептуна, как и у Урана, имеет довольно необычное строение (рисунок 38). Магнитная ось сильно наклонена относительно оси вращения и заметно смещена от центра планеты. Это создает сложную асимметричную магнитосферу.
Ученые считают, что магнитное поле Нептуна также формируется внутри горячих проводящих слоев воды и аммиака.
Спутники Нептуна
У Нептуна известно более $10$ спутников (рисунок 39). Самым крупным из них является Тритон.
Тритон считается одним из самых необычных спутников Солнечной системы. Он движется вокруг Нептуна в обратном направлении по сравнению с вращением самой планеты. Ученые предполагают, что Тритон не сформировался рядом с Нептуном, а был захвачен его гравитацией.
Поверхность Тритона покрыта льдом из азота, воды и других веществ. На спутнике обнаружены криовулканы. Это своеобразные «ледяные вулканы», выбрасывающие азот и лед вместо раскаленной лавы. Температура поверхности Тритона опускается примерно до $–235 \degree C$. Это делает его одним из самых холодных объектов Солнечной системы.
Интересно, что Тритон постепенно приближается к Нептуну. Предполагается, что через миллиарды лет он может быть разрушен гравитацией планеты и образовать систему колец.
Еще одним интересным спутником является Нереида. Ее орбита имеет очень вытянутую форму, из-за чего расстояние до Нептуна сильно изменяется во время движения.
Общие закономерности
Итак, Юпитер и Сатурн относят к газовым гигантам, поскольку основную часть их состава образуют водород и гелий (рисунок 40). Уран и Нептун называют ледяными гигантами, так как в их недрах значительно больше воды, аммиака и метана, находящихся в необычных состояниях под огромным давлением.
Общей особенностью являются магнитные поля и многочисленные спутники. У всех планет-гигантов существуют системы колец. При этом самые крупные и яркие кольца имеет Сатурн. Уран тоже обладает хорошо выраженной системой темных узких колец. Кольца Юпитера и Нептуна значительно менее заметны и состоят главным образом из пыли.
Несмотря на общие черты, каждая из планет обладает своими уникальными особенностями (рисунок 41). Юпитер является самой массивной планетой Солнечной системы и обладает крупнейшим магнитным полем. Сатурн известен своими огромными кольцами. Уран отличается необычным наклоном оси вращения и фактически вращается «лежа на боку». Нептун же является самой ветреной планетой Солнечной системы.
Часто задаваемые вопросы
Юпитер состоит в основном из водорода и гелия — тех же веществ, что и Солнце. Однако его масса слишком мала для запуска термоядерных реакций.
У этих планет нет твердой поверхности, поэтому приземлиться на них нельзя. По мере погружения внутрь атмосфера становится все плотнее и постепенно переходит в жидкие слои. Космический аппарат был бы разрушен огромным давлением и температурой.
В их атмосферах содержится метан. Он поглощает красную часть солнечного света и отражает голубые и зеленоватые лучи.
Самой холодной планетой считается Уран. Температура в верхних слоях его атмосферы может опускаться примерно до $-224 \degree C$.
Кольца образуются из множества мелких частиц льда, камня и пыли, удерживаемых гравитацией планеты. Такие системы существуют у всех четырех планет-гигантов.
Среди планет Солнечной системы самое сильное магнитное поле имеет Юпитер.
На сегодняшний день известно более $90$ спутников у Юпитера, более $100$ у Сатурна, более $25$ у Урана и более $10$ у Нептуна.
Внутри этих планет сохраняются мощные внутренние источники тепла. Главную роль играет медленное гравитационное сжатие вещества в недрах планет, при котором выделяется энергия.
5
5
1
5
Получите полный доступ ко всем материалам и занимайтесь в удобном темпе — без ограничений.
- Более 700 000 учеников и 50 000 учителей по всей России.
- Повышение среднего балла по предмету до 20 % после месяца занятий.
- Всплеск интереса к учебе и более глубокое понимание предметов.
Создайте бесплатный аккаунт — и откройте больше возможностей:
- Отслеживайте прогресс освоения тем
- Получайте персональные подборки полезных уроков и заданий
- Проводите работу над ошибками после занятий
Оценить урок
Что можно улучшить?
Войдите, чтобы оценивать уроки
Что нужно исправить?
Отзыв отправлен. Спасибо, что помогаете нам стать лучше!
Хотите оставить комментарий?
Войти