Планеты-гиганты, их различия с планетами земной группы
Отличия планет-гигантов (Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна) от планет земной группы и сходство по химическому строению со звездами. Атмосферы Юпитера и Сатурна, состоящие из водорода. Особенности строения Урана и Нептуна. Характеристика спутников планет.
Рубрика Астрономия и космонавтика Вид реферат Язык русский Дата добавления 14.05.2011 Размер файла 19,6 K Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную нижеСтуденты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Планеты-гиганты
юпитер сатурн уран нептун
Планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) сильно отличаются от планет земной группы. У них нет твердой поверхности, и все они окружены атмосферами, которые никак нельзя назвать разреженными. Эти планеты представляют собой огромные жидкие шары из водорода и гелия, возможно, с небольшим твердым ядром внутри. По своему химическому составу они напоминают Солнце и другие звезды, однако из-за их гораздо меньшей массы в них не смогли начаться термоядерные реакции, служащие источником энергии звезд.
Строение.
Благодаря наземным наблюдениям и информации, переданной межпланетными зондами, мы располагаем прямыми данными наблюдений за верхними 2000 км атмосфер планет-гигантов. Однако при исследовании более глубоких слоев мы можем опираться только на теоретические модели. Их выбор определяется ограничениями, которые накладывают другие данные наблюдений. Это известное соотношение содержания водорода и гелия во внешних слоях атмосферы, наблюдаемое превышением энергии, излучаемой планетой, над энергией, получаемой от Солнца, и гравитационными аномалиями, которые зафиксировали межпланетные зонды. Таким образом, можно считать, что атмосфера планеты-гиганта простирается внутрь нее вплотьдо границы гипотетического ядра, однако температура и давление в ней сильно отличаются от всего того, что когда-либо воспроизводилось в земных лабораториях. Кроме водорода и гелия, атмосферы планет-гигантов, по-видимому, содержат небольшое количество углерода, азота, кремния, марганца, серы и других элементов.
Юпитер и Сатурн.
В обоих наружных слоях этих двух планет есть очень разреженная внешняя атмосфера, состоящая из водорода. Под ней расположена средняя атмосфера, состоящая из водорода и гелия (соответственно 90% и 10% у Юпитера, 93 и 7% у Сатурна) и небольшого количества (0,1 %) других соединений, главным образом метана, Нижняя атмосфера расположена под тропопаузой (уровень температурного минимума в атмосфере планеты: 120 К у Юпитера и 85 К у Сатурна). В нижней атмосфере имеется небольшое количество аммиака, который там очень важен. Именно в нижней атмосфере возникают наблюдаемые с Земли облачные структуры (особенно активно они проявляются на Юпитере). Облака начинаются на уровне, где давление равно 1 атм, и их считают своего рода "поверхностью" планеты. Ниже этого уровня планета непрозрачна для излучения, но при этом она все еще не однородна. На уровне, где давление достигает 1 млн атм, происходит очень важное изменение. При этом давлении молекулы водорода разрушаются, и образуется неправильная структура из свободных протонов. Электроны теряют связь с конкретными ядрами атомов водорода и начинают свободно передвигаться между протонами. В результате плотность скачком возрастает с 1,1 до 4 г/см 3 Температура металлического водорода составляет всего 8000 К, а в это: случае гелий в металлическом водороде нерастворим и образ) капли, которые осаждаются к центру планеты. Выделяющаяся при этом гравитационная энергия служит источником разогрева Сатурна. Опусканием гелия, вероятно, можно объяснить то, что во внешней атмосфере Сатурна его содержится меньше по отношению к водороду. Наконе в центре каждой из двух планет по-видимому; находится ядро, которое состоит из силикатов, железа и, возможно, льда, аммиака и метана. Образовалось оно в результате аккреции первичных планетезималей. На Юпитере выделившаяся при первичной аккреции энергия нагрела планету; именно этим объясняют тот факт, что Юпитерт излучает в 1,7 раза больше тепл. чем получает от Солнца. Сатурн же из-за его меньшего размера должен был остыть гораздо быстрее Юпитера. И поскольку Сатурн излучает в 2,8 раза болы энергии, чем получает от Солш считается, что дополнительным источником энергии у него является рассмотренный выше процесс конденсации и опускания гелия.
Эти две планеты очень трудно наблюдать с Земли, а межпланетный зонд пролетел вблизи них лишь однажды. Планеты состоят из железосиликатного ядра, окруженного атмосферой из водорода, гелия и углеводородов, которая, всвок очередь, подразделяется на ионную и молекулярную части. Содержание элементов тяжелее водорода и гелия выше, чем у Юпитера и Сатурна: на Уране и Нептуне оно достигает 3% от общей массы планеты.
Кольца.
25 июля 1610 г. Галилей, наблюдая Сатурн в созданный им за несколько месяцев до этого телескоп, в первые увидел кольцо, которому планета обязана своей славой. Галилей не смог объяснить то, что увидел; первым на кольцеобразную природу этого образования указал Гюйгенс в 1654 г. А 10 марта 1977 г. при наблюдении покрытия звезды Ураном у этой планеты также было обнаружено кольцо.5 марта 1979 г. на снимках, полученных межпланетным зондом "Вояджер-1", было обнаружено кольцо вокруг Юпитера. Наконец, 25 августа 1989 г. "Вояджер-2" подтвердил, что вокруг Нептуна есть система колец. Существование колец вокруг планет-гигантов - прямое следствие законов механики. Системы спутников и колец у этих планет образовались в результате процесса, напоминающего процесс формирования планет, обращающихся вокруг Солнца. Дело в том, что тело большого размера не может сохраниться вблизи планеты. Разность гравитационного притяжения, действующего на ближайшую и наиболее удаленную от планеты части спутника стремится разорвать его. Эта разность тем больше, чем ближе спутник находится к планете, поскольку сила притяжения изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния. Согласно расчетам, если Луна приблизится к Земле на расстояние 18 000 км, то она распадется на фрагменты размером около 200 км каждый. По той же причине влияние гравитационного поля просто не допускает формирования крупных спутников слишком близко от соответствующих планет. Это, несомненно, верно в случае Сатурна. Минимальное расстояние, на котором спутник еще может существовать, называется пределом Роша и определяется следующей формулой:
где Rn равно радиусу планеты, ри равно плотности планеты, ар - плотности гипотетического спутника.
Современная конфигурация колец обязана своим существованием таюке влиянию гравитационного притяжения спутников. Подобно тому как резонансы с Юпитером привели к образованию пустых "люков" в кольце астероидов, резонансы со спутниками Сатурна породили щели в системе колец этой планеты. В то же время наличие спутников с очень близкими орбитами может приводить к эффекту гравитационной фокусировки и концентрации частиц в тонких кольцах, Кольца Юпитера представляют собой довольно плотную (правда, не столь плотную, как у Сатурна) область оранжеватого цвета, заполненную силикатными частицами очень малых размеров (менее 8 микрон). Продолжением этой области снаружи и внутри является диффузная туманность. Кольца Юпитера, возможно, образовались при распаде спутника, проникшего внутрь полости Роша. За пределами полости Роша находится четвертое, очень протяженное кольцо, по-видимому обязанное своим происхождением извержениям вулканов на спутнике Ио. Кольца Сатурна гораздо обширнее, и их структура более сложная. Традиционно кольца Сатурна разделяют на семь частей. Кольца А и В видны в обычный бинокль. Кольцо F очень узкое, извилистое. Оно - результат воздействия на частицы кольца гравитационных возмущений со стороны двух спутников планеты: орбита одного из них расположена пне, а другого - внутри кольца (так называемые спутники-"пастухи"). За исключением кольца Е, связанного со спутником Энцелад остальные кольца Сатурна состоят из множества тонких концентрических колец, обязанных своим существован многочисленным резонансам в обширной системе спутников планеты. Кольца состоят из покрытых льдом частиц размером от одного микрона до километра (при этом размеры их основной части - от сантиметра до метр Различия яркости внутри коле определяются размерами част их пространственной плотное Кольца Урана очень темные, потому что составляющие их частицы не прокрыты льдом. Самое крупное из этих девяти колец, так называемое кольцо Эпсилон, имеет вытянутую форму и переменную ширину. Есть также свидетельства существования неполных колец. Своей малой толщиной эти кольца обязаны спутникам-" пастухам". Кольца Нептуна состоят из четырех компонентов. В само* значительном из них имеются мощные конденсации, одно время кольцо считалось неполным.