Юпітер Cатурн Уран і Нептун 2

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Міністерство вищої і середньо - фахової освіти
Кафедра Менеджменту

Реферат на тему:

ЮПІТЕР, САТУРН, УРАН І НЕПТУН


Виконав:

Прийняв:





м. Ташкент 2006

ЮПІТЕР, САТУРН, УРАН І НЕПТУН

Ці чотири планети, часто звані планетами-гігантами, за своїми розмірами, масі, щільності, внутрішньою будовою та складом різко відрізняються від планет земної групи. Відмінними властивостями планет-гігантів є:
1. Великі маси: від 15 земних мас в Урана до 318 у Юпітера.
2. Низькі середні щільності: від 0,70 г / см 3 у Сатурна до 1,71 г / см 3 у Нептуна.
3. Швидке обертання навколо осі (періоди обертання від 9 год. 50 хв. У Юпітера до 15 год. 48 хв. У Нептуна). Юпітер і Сатурн обертаються не як тверді тіла: період обертання у них зростає від екватора до полюсів. Можливо, що те ж саме має місце в Урана і Нептуна.
4. Планети-гіганти не мають твердої поверхні. Спостережувані в телескоп поверхні цих планет утворені щільними хмарами.
5. Атмосфери планет-гігантів (як і всі їх речовина) мають в основному воднево-гелієвий склад. Крім чистого молекулярного водню (Н 2) у спектрах цих планет спостерігаються смуги поглинання сполук водню: метану (СН 4) та аміаку (NН 3). За останній час в спектрі Юпітера виявлені також етан (С 2 Н 6), ацетилен (С 2 Н 2), фосфен (РН 3) і навіть водяна пара (H 2 O), щоправда, в незначних кількостях. Все це теж сполуки водню.
Осі обертання планет-гігантів розташовані досить різноманітно. Вісь Юпітера майже перпендикулярна до площини його орбіти, Вісь Сатурна нахилена до неї на кут 62 ° (близький до кутів нахилу осей Землі та Марса), а вісь Урана лежить майже в площині орбіти: вона нахилена до цієї площини на кут у 8 °, але так, що обертання планети, як і у Венери, є зворотним напрямком обертання всіх інших планет.
Своєрідне положення осі Урана призводить до того, що за тривалий період обертання його навколо Сонця (84 роки) Сонце на небі планети переміщається від північного небесного полюса до південного, а потім знову через екватор до північного полюса.
У телескоп на диску Юпітера (рис. 30) видно темні смуги, паралельні до екватора планети, розділені світлими проміжками - зонами. Полярні області завжди темні - їх називають полярними шапками, хоча вони нічого спільного не мають з полярними шапками Марса, оскільки являють собою хмарні утворення.
У смугах та зонах спостерігаються ті чи інші деталі: темні і світлі плями, виступи або заглиблення у смугах, «містки» між двома смугами і т. д. Вони добре видно на рис. 30.
Смуги на диску Сатурна (мал. 31) видно значно гірше, вони блідіший, деталі в них спостерігаються рідко. Але все ж таки іноді вони з'являються: - прикладом може служити яскрава біла пляма, що спостерігалося на диску Сатурна в 1933 р.
У сильні телескопи бліді смуги видно і на дисках Урана і Нептуна (мал. 32).
У 30-і рр.. в спектрах всіх чотирьох планет-гігантів були виявлені потужні смуги поглинання, інтенсивність яких посилювалася в міру переходу від Юпітера до Нептуна (мал. 12). Вони були ототожнені з смугами метану (СН 4). Найбільш інтенсивні смуги метану розташовані на довжинах хвиль 6190, 7020 і 7250 А. Пізніше було виявлено багато смуг метану в інфрачервоній області спектру. Більшість цих смуг спостерігається в спектрах всіх чотирьох планет, але в міру переходу від Юпітера до Нептуна ширина смуг зростає, і в спектрах Урана і Нептуна багато смуги у червоній та ближній інфрачервоній частинах спектра зливаються, утворюючи суцільну область поглинання, так, що в цій області планета майже не відображає сонячного випромінювання.
Зовсім інакше поводиться аміак (NH 3). Достовірно його смуги поглинання виявлені тільки в спектрі Юпітера. У видимій частині спектру є лише одна смуга на 6450 А, в інфрачервоній області їх близько десяти. Але вже в спектрі Сатурна наявність смуги 6450 А вельми сумнівно (одні астрономи спостерігали на цій хвилі сліди поглинання, інші ні). Інші смуги аміаку зовсім відсутні. Не спостерігаються вони також у спектрах Урана і Нептуна. Причина цього полягає в тому, що зі зниженням температури аміак конденсується, переходячи в рідкий і твердий стан.
Вже в 60-і рр.. в спектрі Юпітера, а потім і інших планет-гігантів були виявлені смуги поглинання молекулярного водню, основного компонента атмосфер цих планет. В основному спостерігаються дві так звані квадрупольні смуги близько 6435 і 8270 А.
Хоча лінії гелію безпосередньо в спектрах планет-гігантів із Землі не спостерігаються, ні в кого не викликало сумніву, що гелій поряд з воднем є одним з основних компонентів атмосфер планет-гігантів. Справа в тому, що, як випливало з спостережень покриття Юпітером зірки про Овна, середня молекулярна вага атмосфери цієї планети близький до трьох, тобто атмосфера ніяк не може бути чисто водневої *). Метан і аміак з їх молекулярними вагами 16 і 17 становлять лише невеликі добавки до основних компонентів атмосфери і не можуть суттєво впливати на її середня молекулярна вага. Оскільки молекулярна вага водню дорівнює двом, а гелію чотирьом, їх частки повинні бути порівнянні. Враховуючи деяке переважання водню в Сонячній системі взагалі і на Сонці зокрема, при побудові моделей будови Юпітера й Сатурна приймали, що водень становить близько 70%, а гелій - 30% загального складу атмосфери. На частку метану доводиться не більше 0,2%, на частку аміаку (в атмосфері Юпітера) - не більше 0,1%.
Лише в грудні 1973 р. з американського космічного апарату «Піонер-10» вдалося за допомогою двоканального ультрафіолетового фотометра зареєструвати світіння гелію в атмосфері Юпітера в яскравій резонансної лінії 584 А, а заодно і світіння атомарного водню в резонансної лінії Лайман-альфа на хвилі 1216 А . Ці спектральні лінії випромінюються верхніми шарами атмосфери планети і називаються резонансними, тому що їх випромінювання супроводжується переходом атома в основний стан. Резонансні лінії - найяскравіші в спектрі, але з Землі вони практично не спостерігаються, тому що розташовані в ультрафіолетовій області спектру. Випромінювання в цій області до поверхні Землі не доходить: воно поглинається озоном та киснем земної атмосфери.
За спостереженнями з «Піонера-10» і «Піонера-11» вдалося оцінити об'ємне відношення гелію до водню в 0,18. Це було близько до відношенню 1:5, приймається на підставі наземних спостережень більшості вчених. Враховуючи, що гелій - удвічі важчий газ, ніж водень, отримаємо звідси, що за масою водень становить 74%, а гелій 26% атмосфери планети. У складі надр планети також основну роль грають водень і гелій (див. § 19).
Приблизно такий же склад атмосфер інших планет-гігантів, але про нього ми знаємо набагато менше, ніж у випадку Юпітера. Лінію гелію в їх спектрах спостерігати поки не вдалося і відношення вмісту гелію до водню для них невідомо. Швидше за все, воно різне для різних планет. Про Сатурні ми зможемо багато чого дізнатися після того як у вересні 1979 р. до нього наблизиться «Піонер-11». Уран і Нептун ж ще багато років будуть об'єктами вивчення одними наземними методами. Втім, і ці методи можуть дати чимало цікавого.
У 1956 р. було виявлено радіовипромінювання Юпітера на хвилі 3 см. Виміряна тоді радіояркостная температура планети виявилася рівною 145 ° К, тоді як вимірювання в інфрачервоному діапазоні давали 130 ° К. Причина цього невеликого розбіжності полягала в тому, що радіохвилі приходять до нас з більшої глибини і повідомляють температуру не верхньої межі хмар, як інфрачервоне випромінювання, а деякого шару під хмарами.
Незабаром спостереження на більш довгих (дециметрових) хвилях показали, що крім теплового радіовипромінювання Юпітер випускає нетеплове випромінювання, що має електромагнітну природу. Радіояркостная температура такого випромінювання зростає з довжиною хвилі, досягаючи на хвилі 10 см 650 ° К, на хвилі 20 см 2900 ° К, на хвилі 70 см - 26 000 ° К і т.д. Джерелом цього радіовипромінювання є швидкі (релятивістські) електрони, що розганяється, а потім гальмують в сильному магнітному полі планети. На користь цього висновку свідчить той факт, що розміри випромінюючої області в кілька разів перевищують діаметр самого Юпітера.
Так, ще за 10-12 років до підльоту до Юпітера "Піонера-10» у цієї планети було встановлено наявність сильного магнітного поля і потужних радіаційних поясів.
Рис. 33. Будова магнітосфери Юпітера.
Будова магнітосфери Юпітера.
Польоти "Піонера-10» і «Піонера-11» дозволили уточнити параметри і структуру магнітосфери Юпітера (рис. 33). Головний ударна хвиля, отделяющаямежпланетное магнітне поле від магнітосфери планети, розташована на відстані 8 млн. км від Юпітера. Температура заряджених частинок на фронті цієї хвилі стрибком зростає з 10 тис. до 1 млн. градусів. Магнітне поле планети виявилося складним і складається ніби з двох полів: дипольного, яке тягнеться до 1,5 млн. км від Юпітера, і недіпольного, що займає іншу частину магнітосфери. Напруженість поля біля поверхні планети 10-15 ерстед, тобто приблизно в 20 разів більше, ніж на Землі. Полярність дипольного поля протилежна земній (північний магнітний полюс знаходиться в північній півкулі), магнітна вісь нахилена до осі обертання на 11 °. Через швидке обертання Юпітера і значно меншої інтенсивності сонячного вітру на відстані Юпітера (він там в 30 разів слабкіше, ніж в районі орбіти Землі) магнітне поле Юпітера майже симетрично щодо магнітної осі планети (земне магнітне поле «зім'яте» з боку Сонця тиском сонячного вітру). Крім теплового і дециметрового випромінювань, Юпітер є джерелом радіовсплесков на декаметрових хвилях (від 4 до 85 м). Тривалість цих сплесків різна: від часток секунди до хвилин і навіть годин. Втім, хвилини та години - це тривалість не окремих сплесків, а цілих серій сплесків, своєрідних шумових бур або гроз.
В якості можливих причин цих сплесків в різний час було висунуто цілий ряд механізмів. Серед них і гіпотеза про справжні грозових (тобто електричних) розрядах в атмосфері планети, і про так званих свистячих атмосферики, тобто розрядах, що йдуть в космос уздовж силових ліній магнітного поля планети, і про випромінювання електронів у магнітному полі Юпітера.
Найбільш обгрунтованою теоретично є гіпотеза радянського радіоастрономи В. В. Железнякова про те, що сплески на декаметрових хвилях породжуються плазмовими коливаннями в іоносфері Юпітера. Причин таких коливань може бути багато: нестабільність іоносферної плазми за рахунок неоднорідності і коливань магнітного поля і складного виду розподілу заряджених частинок до швидкостей, потоки часток з радіаційних поясів, спалахи на Сонці і, нарешті, модулювання магнітного поля Юпітера його супутником Іо.
Перебуваючи на середній відстані в 5,9 радіуса планети від її центру, цей супутник, що має власну іоносферу, не тільки захоплює заряджені частки з радіаційного поясу Юпітера, але може їх виробляти і прискорювати. Рух Іо в магнітному полі Юпітера генерує потенціал електричного поля, що проходить через супутник, в 400 кіловольт. Цей потенціал призводить до розгону заряджених частинок і породжує випромінювання декаметрових радіохвиль. Вимірювання «Піонера-11» повністю підтвердили цей факт.
Інфрачервоний спектрометр "Піонера-11» не зареєстрував помітної різниці температур денного і нічного півкуль планети, що говорить на користь сильного динамічного перемішування в його атмосфері. Була отримана яркостная температура 145 ° К, звідки випливає, що Юпітер випускає вдвічі більше тепла, ніж отримує від Сонця. Інша частина енергії йде з надр планети, причому її джерелом може служити гравітаційне стиснення на 0,1 см / рік.
Втім, можливо, що енергія надр Юпітера зберігалася ще з моменту його утворення з первинної туманності. Ця енергія і визначає всю метеорологію планети. Дані інфрачервоного радіометра показують, що темні смуги Юпітера тепліше світлих зон. Їх утворення зв'язується з низхідними і висхідними рухами в атмосфері планети.
Про складну систему циркуляції в атмосфері Юпітера говорять і прямі фотографії "Піонерів". В атмосфері і в надрах планети панують конвективні руху. Саме вони приводять до вирівнювання температур денного і нічного півкуль. На низьких широтах потужні коріолісовим сили перетворюють вертикальні конвективні руху в горизонтальні, а руху в напрямку північ - південь - у західно-східні, спрямовані вздовж паралелей. Це і призводить до характерної смугастої структурі Юпітера. У високих широтах, де лінійна швидкість обертання не так велика, як на екваторі (а там вона дорівнює 12 км / сек}, руху вздовж паралелей не виникають і тому в полярних районах планети ми не спостерігаємо смугастої структури, такої характерної для тропічних і помірних широт . Зате майже вся область полярної шапки поцяткована дрібними осередками циркуляції.
З проблемою циркуляції атмосфери тісно пов'язане питання про природу Червоного плями на Юпітері, яке існує вже понад 100 років (а можливо, й довше). Раніше, коли вважали, що під хмарами Юпітера є тверда поверхня. Червона пляма пояснювали вихровим утворенням типу стовпа Тейлора: чимось на зразок стоячій хвилі над будь-яким утворенням на поверхні (горою чи, навпаки, улоговиною). Однак ця гіпотеза суперечила змінності періоду обертання Червоного плями. Зараз більш імовірним вважається припущення, що Червона пляма - циклонічні обурення в атмосфері планети, щось на кшталт потужного урагану. Нагадаємо, що його розміри - 14 тис. км по широті і 30-40 тис. км по довготі. Можливо, що час життя таких утворень пропорційно їх площі. Інші подібні утворення менших розмірів не раз спостерігалися з Землі і добре видно на знімках "Піонерів" (рис. 34).
Рис. 34. Фотографія Юпітера з <Піонера-II>.
Фотографія Юпітера з <Піонера-II>.
Поки що не вдалося пояснити колір смуг і зон Юпітера та інших планет-гігантів. Світлі зони мають жовтувату, а темні смуги червонувато-біле забарвлення. Всі гази, виявлені в атмосфері Юпітера (водень, гелій, метан, аміак, водяна пара та ін), безбарвні. Яке ж речовина надає забарвлення його деталей? Чому Червона пляма - червоне? В якості фарбувальних речовин різними вченими пропонувалися сульфід і гидросульфид амонію, вільні радикали,; різні органічні сполуки і складні неорганічні полімери. Однак конвекція повинна захоплювати всі ці сполуки вниз, де вони при високих температурах повинні диссоциировать. Значить, при вертикальних рухах нагору ці речовини повинні знову відновлюватися. Оскільки безбарвні світлі зони розташовані вище, ніж забарвлені смуги, можна вважати, що речовина зон складається з кристалів аміаку, тоді як фарбувальні речовини формуються нижче, на рівні смуг.
У Сатурна швидкість обертання на екваторі 9,5 км / сек, а запаси внутрішньої енергії в атмосфері, імовірно, слабкіше, ніж у Юпітера, тому смугаста структура на Сатурні не настільки помітна. Якби Сатурн отримував тепло тільки від Сонця, його рівноважна температура була б 77 ° К. У дійсності ж температура зовнішнього хмарного шару Сатурна 97 ° К, що відповідає виходу тепла, в 2,5 рази більшому, ніж тепло, одержуване планетою від Сонця. Значить, Сатурн подібно Юпітеру має внутрішні джерела енергії, швидше за все тієї ж природи (гравітаційне стиснення).
На радіочастотах яркостная температура Сатурна хоча і зростає з довжиною хвилі, але набагато повільніше, ніж у Юпітера, досягаючи на хвилі 20 см значення 300 ° К (у Юпітера на цій хвилі температура в 10 разів вище). Тому немає підстав вважати радіовипромінювання Сатурна на сантиметрових хвилях нетепловим: швидше за все, більш довгі хвилі приходять до нас з більш глибоких шарів, де температура вище.
Відсутність нетеплового радіовипромінювання не дозволяє поки вирішити питання про існування в Сатурна магнітного поля. З підльотом до планети "Піонера-11» у вересні 1979 р. питання буде вирішене. Але вже тепер зрозуміло, що якщо магнітне поле Сатурна й існує, то воно набагато слабкіше, ніж у Юпітера. Є припущення, що освіті сталого магнітного поля Сатурна перешкоджають його кільця.
Кільця Сатурну, відкриті ще в 1655 р. X. Гюйгенсом, складаються з рою дрібних твердих частинок, які обертаються навколо планети в площині її екватора за законами Кеплера. Теоретично така будова кілець Сатурна було обгрунтовано роботами Е. Роша (1850 р.) і Дж. К. Максвелла (1859 р.), а експериментально - спектроскопічними спостереженнями А. А. Білопільського, Ж. Деландром і Дж. Кілер (1895 р. ). Надалі великий внесок у дослідження структури і фотометричних властивостей кілець Сатурна вніс М. С. Бобров. В даний час будівля кілець Сатурна представляється наступним. Є три основних кільця: зовнішнє (А), середня (В) і внутрішнє (С), причому останнє значно темніше двох інших і часто називається «креповим». Найбільш яскравим є кільце В. Кільця А і В розділені так званим розподілом Кассіні. Розміри кілець такі:
В екваторіальних діаметрах планети
У км
Зовнішній діаметр кільця А
2,25
275000
Середина розподілу Кассіні
1,96
236500
Внутрішній діаметр кільця В
1,50
181000
»» »З
1,24
149400
У 1969 р. французький астроном П. Герен на обсерваторії Пік-дю-Міді відкрив ще одне внутрішнє кільце (D), дуже слабке, відокремлене від кільця З темним проміжком. Товщина кілець Сатурна невелика: за спостереженнями під час проходження Землі через площину кілець (коли вони стають до нас ребром) радянський вчений Р. І. Кіладзе, французькі О. Дольфюс і Ж. Фокас, а потім радянський астроном М. С. Бобров оцінили її в 2-3 км.
Типові розміри частинок кільця за даними радіолокації не менше 1 см і не більше 10 м. Такі ж межі отримані з аналізу фотометричних властивостей кілець. У той же час деякі дослідники (наприклад, Ф. Франклін і А. Кук в США) вважають, що в кільцях можуть бути і дуже малі частки (у частки міліметра). Швидше за все, так воно і є, бо взаємні зіткнення великих частинок неминуче будуть призводити до їх дроблення і утворення дрібних частинок. Але частка останніх у загальній масі кільця незначна. Оцінки маси кілець поки вельми ненадійні. Найбільш імовірна оцінка: 10 -5 маси Сатурна, або 6 * жовтня 1924
Спектральні властивості кілець Сатурна вказують на те, що їх частки або крижані, або (що більш ймовірно) покриті зовні шаром льоду або інею. До такого висновку прийшли американський астроном Дж. Койпер і незалежно радянський астроном В. І. Мороз.
До недавнього часу кільця Сатурна вважалися єдиним утворенням такого типу в Сонячній системі. Але ось спостереження покриття зірки 9,5 зоряної величини SAO 158687 Ураном 10 березня 1977, проведене американськими вченими з літакової обсерваторії імені Койпера (де на борту висотного літака встановлений 91-сантиметровий телескоп), показало, що Уран теж оточений системою кілець. До закриття Ураном зірка зазнала п'ять короткочасних (від 1 до 7 сек) ослаблень блиску. Те ж саме відбулося після виходу зірки з-за диска Урана. Обробка фотоелектричних спостережень показала, що чотири кільця шириною близько 10 км кожне розташовані на відстанях від 44 до 48 тис, км від центру планети (18-22 тис. км від її поверхні). П'яте кільце, шириною 50-100 км, знаходиться на відстані 51 000 км від центру та 25 000 км від поверхні Урана.
У 1960 р. радянський астроном С. Всехсвятський передбачив, що і Юпітер повинен бути оточений кільцем. Деякі ознаки цього кільця він вбачав в наявності на диску планети тонкої екваторіальній смужки. Яке ж було здивування вченого світу, коли пролетів поблизу Юпітера в березні 1979 р. американський космічний апарат «Вояджер-1» підтвердив припущення радянського вченого: Юпітер дійсно має тонке кільце.
Уран і Нептун відрізняються від Юпітера і Сатурна не лише меншими розмірами та масою. У них більше середня щільність, що відображає інший середній склад цих планет. Мабуть, в їхніх надрах водень і гелій становлять не більше 20% маси, решта припадає на частку важких елементів. Але в атмосферах цих планет водень і гелій, як і раніше - головні компоненти.
Температури цих планет вкрай низькі. Рівноважна температура Урану складає близько 50 ° К, Нептуна 40 ° К. Фактично виміряні температури в інфрачервоному діапазоні 55 ° К і 57 ° К відповідно. Деякий перевищення встановленої температури Нептуна над рівноважної вимагає підтвердження.
У міліметровому і сантиметровому діапазоні температури обох планет ростуть з довжиною хвилі, як видно з наступної таблички:
Довжина хвилі
Планета
17-28 мкм
3,5 мм
9,5 мм
2 см
10 см
Уран
55
111
125
181
200 ° До
Нептун
57
88
134
172
200 ° До
Явний, хоча і не швидкий ріст температури з довжиною хвилі говорить на користь теплової природи радіовипромінювання Урана і Нептуна і пояснюється, як у випадку Сатурна, зростанням температури з глибиною. У 1976 р. радянські астрономи К. Ю. Ібрагімов і Л. П. Сорокіна (Астрофізичний інститут АН Казахської РСР) показали, що в атмосферах Урана і Нептуна можуть утворюватися хмари з крапельок рідкого метану розміром в декілька мікрон. Найбільш щільний шар цих хмар лежить на 5-6 км нижче спостерігається нами їх верхньої межі.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Астрономія | Диплом
48.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Юпітер Cатурн Уран і Нептун
Нептун
Нептун 2
Планета Нептун 2
Планета Нептун 3
Планета Нептун
Юпітер 2
Юпітер
Планета Юпітер
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru