К планетам-гигантам относят Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Плутон со своим спутником, как уже признано в астрономии, представляет собой один из самых крупных составляющих объектов пояса Койпера, представляющего собой скопление крупных и мелких астероидных образований вблизи границы Солнечной системы.

Юпитер

Юпитер – самая большая из всех планет Солнечной системы. Наличие Юпитера на круговой орбите вокруг Солнца, во-первых, во многом стабилизирует нашу планетную систему своей массой, а во-вторых, защищает жизнь на Земле от бомбардировки её кометами и астероидами. Гравитационное влияние Юпитера за миллиарды лет существования Солнечной системы практически очистило окрестности Солнца от опасных объектов (астероидных тел), которые могли бомбардировать поверхность Земли и тем самым бы не способствовали образованию жизни на нашей планете. Сценарий разыгравшейся «трагедии» с кометой Шумейкеров-Леви, когда она столкнулась с Юпитером, однозначно свидетельствует о том, что Юпитер до сих пор «выполняет работу по безопасности нашей планеты» от столкновения с блуждающими крупными телами Солнечной системы. И не исключена возможность, что образование колец Юпитера связано с тем, что под влиянием своей гравитации он выполняет роль «чистильщика» Солнечной системы, собирая вокруг себя космическую пыль и астероидные тела, проникающую из её окрестностей.

Юпитер затрачивает на один оборот вокруг Солнца время в 12 лет. Экваториальный радиус планеты в 11 раз больше радиуса Земли. Подобно Солнцу Юпитер вращается не как твердое, а как газовое тело. Скорость вращения не одинакова на разных широтах. Из-за быстрого вращения эта планета сильно сжата у полюсов. Масса Юпитера больше массы Земли в 318 раз. Средняя плотность Юпитера – 1,33 г/см³, что весьма близко к плотности Солнца.

Громадная информация по изучению этой и дальних планет получена на основе программ космических аппаратов «Пионер-10»,11» и «Вояджер-1,2», «Галилео» и «Новые горизонты».

Планета была известна астрономам с глубокой древности, нашла своё отражение в мифологии и религиозных верованиях многих культур. В вавилонской культуре планета называлась Мулубаббар, то есть «звезда-солнце». Греки первоначально именовали его «Фаэтонт» — сияющий, блестящий, позже — Зевс. Римляне дали этой планете название в честь римского бога Юпитера.

При исследовании Юпитера с помощью космического телескопа Хаббла на нём были обнаружены существенные изменения с того времени, когда его посетили «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Появились и исчезли облачные полосы, образовались множество пятен (штормов циклонического типа, часть которых достигла в диаметре нескольких тысяч км) а на краю огромного экваториального пояса планеты выросла турбулентная структура. Цвет знаменитого Красного пятна, представляющего собой, по-видимому, стационарный ураган, размером вдвое больше Земли, стал грязно-коричневым.

Рис. 5.2.2-1. Схема внутреннего строения Юпитера

Видимая поверхность Юпитера представляет собой верхний уровень облаков, окружающих планету. Благодаря этому Юпитер имеет высокое альбедо (0,45), а детали на его поверхности постоянно меняют свой облик. Из известных элементов известно Большое Красное пятно, наблюдающееся уже более 300 лет. Оно представляет собой овальное образование. Его размеры 35000 км по долготе и 14000 км по широте. Пятно располагается между Южной тропической и Южной умеренной полосами. Цвет его красноватый, но также подвержен изменениям.

В составе преимущественно газовой планете преобладает водород и гелий. Атмосфера Юпитера состоит из молекулярного водорода и его соединений: метана (CH₄) и аммиака (NH₃). В небольших количествах присутствует этан, ацетилен, фосфен и водяной пар. По данным спускаемого аппарата «Галилео», давление и температура при углублении в атмосферу быстро растут. Юпитер обладает мощной магнитосферой.

Облака Юпитера состоят из кристалликов и капелек аммиака. В декабре 1973 года с помощью американского космического аппарата «Пионер-10» удалось обнаружить наличие гелия в атмосфере Юпитера и измерить его содержание. Можно считать установленным, что атмосфера Юпитера состоит из 74 % водорода и 26 % гелия и близко к соотношению этих газов во Вселенной. На долю метана приходится не более 0,2 %, а на долю аммиака – 0,1 %. Учитывая низкую среднюю плотность планеты, можно считать, что эти два газа (водород и гелий) составляют почти всю массу планеты.

Атмосферный слой имеет толщину около 1000 км. Ниже чистого газового слоя лежит слой облаков, которые наблюдаются в телескоп. Слой жидкого молекулярного водорода имеет толщину 24000 км. На этой глубине давление достигает 300 Гпа, а температура 11000°К. Здесь водород переходит в жидкое состояние, то есть, становится подобным жидкому металлу. Слой жидкого металлического водорода имеет толщину около 42000 км. Внутри него располагается небольшое железосиликатное твердое ядро с размером около 4000 км. На границе ядра температура достигает 30000°К.

Количество тепла, которое испускает Юпитер, вдвое превышает тепловую энергию, которую планета получает от Солнца. Возможно, что идущее из недр планеты тепло выделяется в процессе медленного сжатия гигантской планеты (1 мм в год!). По другим представлениям тепло выделяется в результате термоядерных реакций, т.е. Юпитер представляет собой чрезвычайно холодную и красную звезду, а Солнечная система представляет собой систему двойной звезды – Солнца и Юпитера.

Рис. 5.2.2-3.Спутник Юпитера – Европа. Под ледяным панцирем Европы, как и Каллисто, находятся, возможно, одни из самых загадочных океанов Солнечной системы. Некоторые учёные предполагают возможность существования жизни под ледяным панцирем Европы. Наличие трещин на спутнике может указывать на процессы «торошения» ледниковых масс над загадочным океаном. (Фото АМС «Галилео» 31-го мая 1998-го года).

Магнитное поле планеты оказалось сложным и состоит как бы из двух полей. Дипольного (как у Земли), которое простирается до 1,5 млн. км от Юпитера, и не дипольного, занимающего остальную часть магнитосферы. Напряженность магнитного поля в 20 раз больше напряженности магнитного поля Земли.

Юпитер имеет 63 спутника. Первые 4 спутника были открыты еще Галилеем (Ио, Европа, Ганимед, Каллисто). Они, а также внутренний самый близкий спутник к планете Амальтея, движутся почти в плоскости экватора планеты. Два из них по размерам близки к Луне, а третий и четвертый даже больше Меркурия, хотя по массе значительно уступают ему.

На снимках поверхности Ио, полученных космическими аппаратами «Вояджер», хорошо видны действующие вулканы. Над ними вздымаются светлые облака из газа и пепла, выбрасываемых на высоту до 200 км. Его поверхность покрыта пятнами морей, заполненных расплавленной серой. Вулканизм на Ио был предсказан С.К. Всехвятским. Причина вулканизма на Ио лежит в гравитационном воздействии на него со стороны Юпитера.

Внешние спутники обращаются вокруг планеты по сильно вытянутым орбитам с большими углами наклона к экватору (до 30°). Это небольшие (10 – 120 км в поперечнике) тела неправильной формы. Самые внешние спутники вращаются вокруг планеты в обратном направлении.

По данным, полученным с американских космических аппаратов «Вояджер», Юпитер окружен в экваториальной области системой колец. Кольцо расположено в 50000 км от поверхности планеты, его ширина около 1000 км. Существование кольца Юпитера было предсказано в 1960 году С.К. Всехвятским.

Рис. 5.2.2-4. Спутники Юпитера Ганнимед (cправа) и Ио (в центре). Внизу переданное на Землю «Вояджером-1» изображение султана Прометей от вулканического извержения на Ио.

Сатурн

Шестая по порядку и вторая по величине планета Солнечной системы. Ее экваториальный радиус немного меньше, чем у Юпитера, но по массе она втрое меньше него, так как плотность Сатурна всего 0,7 г/см³. Низкая плотность Сатурна связана с тем, что планета состоит в основном из водорода и гелия. Температура поверхности облаков на Сатурне – 184 °С.

Рис. 5.2.2-5. Сатурн и его кольца. Видны крупные спутники

Рис. 5.2.2-6. Схема внутреннего строения Сатурна

Сатурн окружен системой колец, которые отмечал еще Г.Галилей в 1610 г. Это удивительные образования опоясывают планету по экватору и нигде не соприкасаются с поверхностью. В кольцах выделяется три основных концентрических зоны, отграниченные узкими щелями; внешнее кольцо А; среднее В (наиболее яркое); внутреннее кольцо С, довольно прозрачное, «креповое», внутренний край его нерезкий. Наиболее близкие к планете слабо различимые части внутреннего кольца обозначают символом D. Сквозь все кольца просвечивают звезды. Кольца вращаются вокруг Сатурна. Причем скорость вращения внутренних колец выше внешних. Таким образом, кольца не являются сплошными образованиями, а представляют собой плоскую систему из бесчисленного количества мелких спутников планеты. Размеры частиц достигает нескольких сантиметров, предполагается присутствие более крупных и мелких частиц, в том числе пыли.

Плоскость колец наклонена к экватору под углом 27°. В зависимости от положения планеты на орбите мы видим кольца то с одной, то с другой стороны. Полный цикл изменения их вида завершается через 29,5 лет – таков период обращения Сатурна вокруг Солнца. Толщина колец не превышает 3,5 км. Диаметр же колец достигает 275 тыс. км.

Инфракрасные спектры колец Сатурна напоминают спектры водяного инея. Однако в других частях спектра была обнаружена особенность, не характерная для чистого льда.

В 1979 году космический аппарат «Пионер-11» впервые пролетел вблизи Сатурна, а в 1980 и 1981 годах за ним последовали аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Эти аппараты впервые обнаружили магнитное поле Сатурна и исследовали его магнитосферу, наблюдали штормы в атмосфере Сатурна, получили детальные снимки структуры колец и выяснили их состав.

Осенью 1990 г космическим телескопом Хаббла получены цветные изображения Сатурна, с помощью которых удалось проследить эволюцию 50000-километрового шторма из кристаллов аммиачного льда, названным Большим Белым пятном.

Сатурн имеет 61 спутника. Наиболее крупные из них: Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан, Гиперион, Япет, Феба, Янус. Ближайший из них, Янус, движется настолько близко к планете, что обнаружить его удалось только при затмении колец Сатурна, создающих вместе с планетой яркий ореол, затрудняющий наблюдения спутника.

Самый большой спутник Сатурна – Титан – один из величайших спутников Солнечной системы по размерам и по массе. Его диаметр приблизительно такой же, как у Ганимеда. Титан единственный в Солнечной системе спутник, обладающий мощной атмосферой. Её плотность у поверхности небесного тела вчетверо выше плотности приземного воздуха, а состоит она из рыжеватого «тумана», скрывающего поверхность от внешнего наблюдателя. В ней движутся непрозрачные облака. В прошлом веке, до миссии Cassini-Huygens ¹, непрозрачная атмосфера оставляла учёным надежду, что за этим оранжевым туманом скрываются моря и океаны из жидких углеводородов. Но космический аппарат показал, что на Титане присутствуют лишь локальные водоёмы, заполненные углеводородами, а большая часть его поверхности твёрдая. По расчётам американских астрономов на глубине около сотни километров под поверхностью Титана находится своеобразный океан, который должен иметь глубину в десятки и сотни километров и полностью отделяющий его кору от ядра. Именно такой расслоенностью коры и океана на глубине учёные пытаются объяснить необычные изменения (вариации) в скорости вращения крупнейшего спутника Сатурна.

Все спутники Сатурна, кроме Фебы, обращаются в прямом направлении. Феба движется по орбите с довольно большим эксцентриситетом в обратном направлении.

Спутник Сатурна Япет, открытый Д.Кассини, озадачил специалистов из NASA, занимавшихся исследованием спутника с помощью космического аппарата Cassini-Huygens. В конце 2004 года аппарат «Cassini», приблизившись к Япету, обнаружил у него горную систему, которая опоясывает спутник по экватору. Местами высота горной страны достигает 20 километров.

Рис. 5.2.2-7.. Япет. Фото NASA/IPL/Spase Science Institute.

В 2007 г, подлетев к Япету на минимально возможное расстояние, «Cassini», сделал ряд фотографий, из которых учёные не могли понять, чем вызваны потемнения на светлом фоне поверхности спутника. Оказалось, что тёмные области представляли собой материал, лежащий на ледяной поверхности, потому и имеющей более высокое альбедо. Благодаря новым снимкам, выяснилось, что источником тёмного материала на Япете служат спутники, вращающиеся вокруг Сатурна в противоположных направлениях. На тёмной стороне спутника, всегда обращенного одной стороной к Сатурну, осаждается пыль из окружения Сатурна. Инфракрасная съёмка показала, что тёмный материал относительно более тёплый по сравнению со светлым льдом. Этой разницы должно хватать для того, чтобы обеспечивать некое медленное испарение воды изо льда, который находится в области этих самых потемнений. Эта особенность Япета подтверждает гипотезу аккреции, не закончившуюся до сих пор на примере семейства планет-гигантов.

Рис. 5.2.2-8. Кратеры Япета, засыпанные материалом, попавшим с других спутников Сатурна (фото NASA/JPL/Space Science Institute).

Данные, полученные с помощью инфракрасного спектрометра зонда «Кассини» NASA, полученные в октябре 2006 года, позволили ученым обнаружить на северном полюсе Сатурна зону локального разогрева совершенно непонятного происхождения. она расположена в центре гигантского правильного шестиугольника, сформированного в верхних слоях тропосферы Сатурна. Каким образом могла образоваться подобная структура, неясно. Однако, по всей видимости, зона аномального разогрева и шестиугольник каким-то образом связаны друг с другом.

Ранее точно такая же «горячая» область была обнаружена на южном полюсе планеты. Обнаружение второй зоны аномально высокого разогрева в атмосфере планеты-гиганта особенно интересно, поскольку

Обнаружение аномального тепловыделения на обоих полюсах планеты одновременно свидетельствует о том, что источник тепла находится на самом Сатурне. Природа его совершенно непонятна. На южном полюсе планеты наблюдается ураган, однако четкого шестиугольного рисунка в распределении облаков, как на северном полюсе, не выявлено.

В основном Сатурн состоит из водорода, с примесями гелия и следами воды, метана, аммиака и «горных пород», формирующих его каменную структуру. Внутренняя область представляет собой небольшое ядро из горных пород и льда, покрытого тонким слоем металлического водорода и газообразным внешним слоем. Внешняя атмосфера планеты кажется спокойной и безмятежной, хотя иногда на ней появляются некоторые долговечные особенности. Скорость ветра на Сатурне может достигать местами 1800 км/ч, что значительно быстрее, чем, к примеру, на Юпитере. У Сатурна имеется планетарное магнитное поле, занимающее промежуточное звено по мощности между магнитным полем Земли и более мощным полем Юпитера. Магнитное поле Сатурна простирается на 1 млн км в направлении Солнца. Ударная волна была зафиксирована Вояджером-1 на расстоянии в 26,2 радиуса Сатурна от самой планеты, магнитопауза расположена на расстоянии в 22,9 радиуса.

В глубине атмосферы Сатурна растут давление и температура, и водород постепенно переходит в жидкое состояние. На глубине около 30 тыс. км водород становится металлическим (а давление достигает около 3 миллионов атмосфер). Циркуляция электротоков в металлическом водороде создаёт магнитное поле (гораздо менее мощное, чем у Юпитера). В центре планеты находится массивное ядро (до 20 земных масс) из тяжёлых материалов — камня, железа и, предположительно, льда

Уран

Седьмая по удалённости от Солнца, третья по диаметру и четвёртая по массе планета Солнечной системы. Была открыта в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем и названа в честь греческого бога неба Урана, отца Кроноса (в римской мифологии Сатурна) и, соответственно, деда Зевса.

24 января 1986 г космический аппарат «Вояджер-2» после почти 10 –летнего перелета от Земли прошел мимо планеты Уран и передал на Землю множество данных об этой загадочной планете, отстоящей от нас на расстоянии 2 млрд. 900 млн. км.

В 1986 году космический аппарат НАСА «Вояджер-2» по пролётной траектории пересёк орбиту Урана и прошёл в 81 500 км от поверхности планеты. Это единственное в истории космонавтики посещение окрестностей Урана. «Вояджер-2» стартовал в 1977 году, до пролёта мимо Урана провел исследования Юпитера и Сатурна (а позднее — и Нептуна). Аппарат провёл изучение структуры и состава атмосферы Урана, обнаружил 10 новых спутников, изучил уникальные погодные условия, вызванные осевым креном в 97,77°, и исследовал кольцевую систему.

Наиболее важные открытия «Вояджера-2» заключаются в более полных данных о магнитном поле Урана. Уточнено, что магнитная ось планеты наклонена под углом 55° к оси вращения. Ось вращения расположена в плоскости орбиты, т.е., Уран вращается, лежа на боку. Это означает, что ось его вращения лежит почти в плоскости орбиты (у остальных планет ось вращения примерно перпендикулярна плоскости орбиты).

У Урана есть слабо выраженная система колец, состоящая из частиц диаметром от нескольких миллиметров до 10 метров. На данный момент у Урана известно 13 колец, самым ярким из которых является кольцо ε (эпсилон). Кольца Урана, вероятно, весьма молоды — на это указывают промежутки между ними, а также различия в их прозрачности. Это говорит о том, что кольца не были сформированы вместе с планетой. Возможно, ранее кольца были одним из спутников Урана, который разрушился либо при столкновении с неким небесным телом, либо под действием приливообразующих сил.

В течение короткого периода с марта по май 2004 года в атмосфере Урана было замечено более активное появление облаков, почти как на Нептуне. Наблюдения зарегистрировали скорость ветра до 229 м/с (824 км/ч) и постоянную грозу, названную «фейерверком четвёртого июля». 23 августа 2006 года Институт исследования космического пространства (Боулдер, штат Колорадо, США) и Университет Висконсина наблюдали тёмное пятно на поверхности Урана, что позволило расширить знания о смене времён года на этой планете. Почему происходит такое повышение активности, точно неизвестно — возможно, «экстремальный» наклон оси Урана приводит к «экстремальным» же сменам сезонно.

На сегодня известно 27 естественных спутников Урана. Названия для них выбраны по именам персонажей произведений У. Шекспира и А. Поупа. Можно выделить пять основных самых крупных спутников: это Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон. Спутниковая система Урана наименее массивна среди спутниковых систем газовых гигантов. Даже объединённая масса всех этих пяти спутников не составит и половины массы Тритона, спутника Нептуна. Наибольший из спутников Урана, Титания, имеет радиус всего в 788,9 км, что менее половины радиуса земной Луны,

Пять внешних спутников (Миранда, Ариэль, Умбрияэль, Титания и Оберон) имеют серый цвет; их неровная испещренная поверхность состоит из водяного льда и неизвестного углеродсодержащего вещества черного цвета.

Спутники имеют большую, чем предполагали, плотность. Поэтому предполагается, что они состоят на половину из льда и силикатных пород.

Согласно наиболее распространенных моделей внутренне строение Урана представляет собой три слоя. В центре планеты находится расплавленное ядро радиусом 8000 км с температурой 1000°С. Оно окружено океаном глубиной 10000 км, состоящим из воды, аммиака, жидкого метана. Внешний слой представлен атмосферой, состоящей из молекулярного водорода. Толщина атмосферы достигает 7000 км. Вблизи верхней атмосферы температура равна –221°С.

При пролете через систему планеты Уран «Вояджер-2» обнаружил два новых кольца планеты, доведя общее число колец до 13. Первое из колец имеет радиус около 68 тыс. км и находится на внешнем крае внутренней системы из одиннадцати колец, которые были известны до настоящего времени. Как и его предшественники, оно сравнительно тонкое, шириной около 1 тыс. км – совсем не похоже на широкие кольца Сатурна. Обнаружить в этих же лучах второе кольцо, которое на оригинальных кадрах было в несколько раз ярче первого, не удалось. Оно находится гораздо дальше от поверхности планеты. Радиус его составляет приблизительно 98 тыс. км, и соседей-колец у него обнаружить пока не удалось. Зато практически на одной орбите с этим кольцом расположен маленький спутник, открытый на снимках с космического телескопа имени Хаббла еще два года назад, однако лишь теперь получивший имя королевы Мэб – мифической феи сладких снов из «Ромео и Джульетты» Шекспира.

Наиболее удивительная особенность Урана состоит в том, что планета имеет невыразительный облик – это голубовато-зеленый шар без особых «деталей». Температура ниже облачного слоя (на уровне давления 0,4 земного) составляет 59°К или –214°С. Верхняя атмосфера его состоит в основном из газообразного водорода. Однако в составе планеты преобладают более тяжелые элементы, так как средняя плотность планеты составляет 1,27 г/см³. Но большей частью Уран состоит в основном из замерзших газов (воды, аммиака и метана). По сравнению с Сатурном и Юпитером он имеет более плотный состав, что противоречит простой модели образования планет Солнечной системы, когда роль водорода и гелия в составе планет должна возрастать по направлению от Юпитера к Сатурну, Нептуну и Плутону. Возможно, ледяные компоненты Урана и Нептуна обязаны своим происхождением кометам, находящимися во внешних областях Солнечной системы зоны Оорта.

Внутренние слои Урана должны представлять собой силикатные твердые образования. Таким образом, Уран – это силикатная планета, погруженная в массу льда, состоящего из воды, аммиака, метана и газовой гелиево-водородной атмосферы.

Вояджер-2 сфотографировал пять больших спутников Урана с близкого расстояния – Оберон, Титанию, Умбриэль, Ариэль и Миранду. Полное число спутников Урана – 15. Два вновь открытых спутника представляют собой две гравитационные «сторожевые овчарки» (стерегущие спутники) у внутренней и внешней границы наибольшего внешнего кольца Урана. Остальные восемь (также открытых «Вояджером-2») находятся на круговых орбитах между кольцами и Мирандой. Все они имеют ледяную поверхность. Но по сравнению со спутниками Сатурна они темнее и содержат больше силикатной составляющей (скальных пород). Три спутника на ранних этапах геологического развития отличались вулканической активностью (Ариэль, Титания, Оберон).

Кроме спутников вокруг Урана движется множество мелких частиц, образующих своеобразные кольца, не похожие на знаменитые кольца Сатурна.

В начале 1980-х аппараты Вояджер-1 и Вояджер-2, обнаружили, что у газового гиганта есть маленькие спутники, которые находятся между кольцами. Это вернуло астрономов к мысли о том, что и эти малые спутники, и знаменитые кольца газового гиганта могли возникать из-за столкновений. Предполагалось, что вначале существовали крупные спутники, которые, по каким-то причинам разрушившись, оставили после себя пыль, которая затем собралась в кольца, а между ними остались фрагменты неразрешенных малых спутников. Однако обнаружение малого спутника Атласа, отличавшегося своей уникальной формой летающей тарелки ², не отвечала такому сценарию эволюции спутников и колец Сатурна.

Сами по себе малые спутники невелики: размер каждой из них порядка 20 километров, лишь Атлас достигает 100 км в поперечнике. Астрономы предполагают, что вначале эти тела зародились из обломков ранее существовавшего более крупного спутника. Затем вокруг них понемногу начал накручиваться материал из окружающего пространства. “Налипание” пыли могло идти поэтапно: сначала происходило нарастание радиуса, а уже потом появился экваториальный хребет. Верхние слои таких спутников очень пористые, их плотность составляет всего половину плотности водяного льда. Что надёжно подтверждает, что наружные слои состоят из частичек, составляющих кольца. Астрономы также полагают, что, подобные образования не могли сформироваться исключительно из одного лишь материала колец, иначе они были бы намного меньше.

Рис. 5.2.2-9. Форма Атласа похожа на летающую тарелку (фото NASA/JPL/Space Science Institute)

Нептун

Восьмая планета Солнечной системы. Нептун был открыт необычным образом по возмущениям, наблюдаемым в движении Урана. Независимыми расчетами и вычислениями положение Нептуна было предсказано английским астрономом Дж. Адамсом и французским астрономом У. Леверье. Получив данные Леверье, ассистент Берлинской обсерватории И.Галле 23 сентября 1846 года обнаружил планету. Период обращения по орбите настолько длинен (164 года и 288 дней), что с момента открытия Нептун еще не завершил полный оборот вокруг Солнца. Уточнение размеров Нептуна осуществлено в 1967 году в момент затмения им звезды. Плотность планеты оказалась равной 2,3 г/см³. Такая плотность характерна для планет-гигантов, состоящих главным образом из водорода и гелия с примесью соединений других тяжелых элементов. В центре Нептуна, согласно расчетам, имеется ядро, сложенное силикатными породами, а также металлами, входящими в состав планет земной группы.

У Нептуна насчитывается тринадцать спутников. Два из них были известны до полёта Вояджера-2 в ХХ столетии. Тритон по размерам и массе больше Луны. Имеет обратное направление вращения. Нереида обладает сильно вытянутой орбитой. Направление вращения по орбите – прямое.

Тритон был впервые сфотографирован космическим аппаратом «Вояджер-2». На его поверхности обнаружена сложная структура, которая дала возможность пересмотреть некоторые воззрения его геологии.

Нептун по составу близок к Урану, но у обоих есть различия по составу от больших планет-гигантов — Юпитера и Сатурна. Астрономы иногда помещают их в отдельную категорию «ледяных гигантов». Атмосфера планеты подобна атмосфере Юпитера и Сатурна. Состоит в основном из водорода и гелия. Содержит более высокую пропорцию льда водяного, аммиачного и метанового состава. Со следами углеводородов и, возможно, азота. В контраст этому недра Нептуна состоят главным образом из горных пород и льдов подобно Урану. Следы метана во внешних областях планеты частично являются причиной голубоватого оттенка атмосферы планеты.

В атмосфере Нептуна установлены самые сильные ветры среди планет Солнечной системы, по некоторым оценкам атмосферные массы перемещаются со скоростями до 2100 км/ч. Во время пролёта «Вояджера-2» в 1989 году в южном полушарии Нептуна было обнаружено так называемое Большое тёмное пятно, аналогичное Большому красному пятну на Юпитере. Температура Нептуна в верхних слоях атмосферы очень близка к −218 °C. В центре Нептуна температура составляет примерно 7000 °C, что сопоставимо с температурой на поверхности Солнца и сравнимо с внутренней температурой большинства известных планет. У Нептуна есть слабая и фрагментированная кольцевая система, возможно обнаруженная ещё в 1960-е годы, но достоверно подтверждённая «Вояджером-2» лишь в 1989 году.

Строение Нептуна включает в себя:

1. Верхнюю атмосферу, так называемые верхние облака

2. Атмосферу, состоящую из водорода, гелия и метана

3. Мантию, состоящую из воды, аммиака и метанового льда

4. Каменное ядро

Особенностью погоды на Нептуне, по сравнению с Ураном, как полагают, является следствие более высокой внутренней его температуры, чем в остальных планет-гигантов. При этом Нептун в два раза удалённее от Солнца чем Уран, и получает лишь 40 % от солнечного света, который получает Уран. Поверхностные же температуры этих двух планет примерно равны. Верхние области тропосферы Нептуна достигают весьма низкой температуры в −221,4 °C. На глубине, где давление равняется 1 бару, температура достигает -201,15 °C. Глубже идут газы, однако температура устойчиво повышается. Как и с Ураном, механизм нагрева неизвестен. Несмотря на то, что Нептун самая далёкая планета Солнечной системы, его внутренней энергии достаточно для наличия большой скорости ветров, наблюдаемых на остальных планетах. Предлагается несколько возможных объяснений этому феномену. Включая радиогенный нагрев ядром планеты, диссоциацию метана в другие цепные углеводороды, а также конвекция в нижней части атмосферы, которая приводит к торможению волн гравитации над тропопаузой.

Плутон

Эта, ранее считавшаяся девятой планета, сегодня отнесена к одному из самых больших объектов пояса астероидных тел Койпера. Наиболее удалённое крупное астероидное тело Солнечной системы. Плутон был открыт Клайдом Томбо (США) в 1930 году. Плутон очень медленно (за 247,7 года) совершает оборот по орбите, которая имеет необычно большой (17°) наклон к плоскости эклиптики и вытянута настолько, что в перигелии Плутон подходит к Солнцу на более короткое расстояние, чем Нептун.

Астероидное тело невелико по сравнению с планетами по размерам и составляет всего 2300 км в поперечнике (2/3 диаметра Луны). Планета имеет относительно огромный для такой небольшой планеты спутник (Харон) и поэтому может называться «двойной» планетой. Харон от Плутона обращаются вокруг друг друга на расстоянии всего 19000 км. Диаметр Харона составляет 1200 км. Период обращения Харона вокруг Плутона составляет 6,4 суток. Длина года на Плутонии соответствует 248 суткам.

Плутон, по-видимому, состоит из льда, перемешанного со скалистыми породами. Альбедо Плутона 0,3.

У Плутона имеется разреженная атмосфера, в которой определяются метан, аргон, неон. Давление на поверхности меньше земного в 7 тысяч раз. Орбита Плутона сильно вытянута: планета в настоящее время удаляется от Солнца. При этом атмосфера Плутона скоро застынет и выпадет на ее поверхность в виде снега (твердого метана). Только через двести лет Плутон снова окажется на наименьшем расстоянии от Солнца, и его атмосферу снова можно будет исследовать.

Вполне возможно, что Плутон представляет собой реликтовую часть материала, из которого образовалась наша Солнечная система.

Харон отличается от Плутона. Слабая сила тяжести на его поверхности способствовала улетучиванию метана и поэтому поверхность Харона покрыта водяным льдом. Как и Плутон Харон имеет крупное каменное (силикатное) ядро.

Плотность Плутона больше плотности других внешних планет Солнечной системы. Поэтому ученые предполагают, что он либо образовался в другом месте Солнечной системы, и в результате катастрофических возмущений орбиты занял современное положение, либо сформировался в иной планетной системе и лишь впоследствии был «захвачен» Солнцем.

Атмосфера Плутона весьма разрежена и состоит из газообразного метана с возможной примесью инертных газов.

Масса Плутона составляет всего 1,7 % массы Земли.

Космический телескоп им. Хаббла сфотографировал всю поверхность планеты (рис. 2.3.1.2-20), после чего была составлена карта Плутона. Северный полюс Плутона покрыт шапкой снегов.

В конце XX века появились сомнения, имеет ли смысл относить Плутон к большим планетам, а не к транснептуновым объектам. Приводились три причины:

1. Все внешние планеты являются газовыми гигантами, а Плутон – нет.

2. Плутон намного меньше по массе любой из планет Солнечной системы.

3. Орбита Плутона очень вытянута и даже пересекает орбиту другой планеты – Нептуна.

Международный астрономический союз (МАС) выступил с заявлением, что статус Плутона как планеты менять не будут. Но Плутону теперь присвоен определенный номер в каталоге транснептуновых объектов для согласования наблюдений и вычислений.

Таким образом, по предлагаемой концепции макромир представлен Солнечной системой с ее планетами, астероидами, кометами и пространством, заполненным микроскопическими объектами в форме газов и пыли. Средняя плотность макромира оценивается величиной около 1·10^-27 г/см³. Граница между макро- и мезомиром остается условным.

С 4 октября 1957 года человеческий разум с помощью науки и технологий проник в околоземное пространство, и не прошло 50 лет, как космос уже служит человеку. Космонавты систематически осуществляют пилотирование космических станций. Люди выходят в открытое космическое пространство. Человек ступил на поверхность Луны в июле 1969 года. А рукотворные космические аппараты, покинув Солнечную систему, летят в галактическом пространстве. И кто знает, сколько пройдет лет? Но человек обязательно будет колонизировать Солнечную систему так, как он колонизировал всего 500 лет назад Землю. Подождем. Мы по опыту уже знаем, что будущее приходит быстрее, чем мы думаем об этом.

Заключая раздел о планетах Солнечной системы, следует обратить внимание на проблему, которая связана с образованием наиболее тяжёлых трансурановых элементов. Их образование было последним событием ядерной эволюции в той ограниченной системе вещества, из которого непосредственно возникла Солнечная система. Первичное Солнце (Протосолнце) около 5 миллиардов лет назад оказалось, по стечению обычных обстоятельств, которые возникают в звездных системах, планетарных туманностях, окутанным газово-пылевым диском.

Охлаждение туманности привело к конденсации ее вещества в жидкие и твердые тела. Химические элементы и их всевозможные соединения конденсировались в определенной последовательности – в порядке, обратном их летучести, в порядке изменения плотности. Среди первых конденсатов были: металлическое железо, никель, кобальт (элементы группы железа), обычные силикаты, некоторые окислы, карбиды. Затем при температурах 1000 – 4000°К конденсировались менее распространенные элементы, металлы и их соединения с серой и кислородом. На заключительных этапах конденсации, при взаимодействии паров воды с ранее выделившимися силикатами, возникли новые минералы – гидратированные силикаты (типа серпентина – алюмосиликата магния, кальция, железа) и первые признаки глинистых минералов, обладающих уникальными каталитическими свойствами, ускоряющими течение многих химических реакций, в том числе реакций синтеза первых органических соединений преджизненных форм.

Дальнейшее остывание протопланетной туманности вдали от Солнца и медленное вблизи него привели к возникновению и усилению химических неоднородностей, что определило зональную картину формирования вещества планет. В связи с этим, расположенные ближе к Солнцу планеты земной группы, характеризующиеся близким химическим составом современных их каменных оболочек, возникли путем конденсации более высокотемпературных фракций, обогащенных металлическим железом. По-видимому, аккумуляция планет из пылеватых частиц – продуктов конденсации в солнечной туманности – могла начаться тогда, когда еще полностью конденсация в ней не завершилась [^3].

По мере сжатия вращающейся звезды ее вещество может истекать с экватора, как следствие роста центробежных сил, рассеиваясь в пространстве и образуя газовый диск. Согласно О.Струве, быстро вращающиеся звезды могут выбрасывать вещество в плоскости своих экваторов и формировать вокруг себя газовые кольца и оболочки, теряя при этом массу и момент количества движения. По Я.Б.Зельдовичу и И.Д.Новикову, если при этом сохраняется достаточно эффективная вязкость, благодаря которой истекающее вещество связано со звездой (например, посредством магнитного поля), истекающее вещество заберет на себя основную долю момента количества движения и позволит коллапсировать центральному сгущению. Рассеянное вдоль плоскости экватора вещество образует газовый диск, который при последующем охлаждении и конденсации может служить естественным источником протопланетного материала.

Из недифференцированного вещества внешних слоев сверхновой возникли гигантские внешние планеты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун), сохранившие в своем составе газы с ведущим значением водорода.

Из внутренних слоев звезды сформировались планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Поле Астероидов.

Итак, согласно ныне существующим представлениям, формирование химического состава планет происходило в два этапа.

Первый. Связан с охлаждением диска газовой туманности вокруг звезды. Затем происходит конденсация вещества в жидкие капли и уж потом в твердые частицы. Таким образом, возникла газово-пылевая туманность, которая была неустойчивой вследствие разной скорости остывания на различных участках удаленности от Солнца. Возникли химические неоднородности, которые дополнительно возрастали за счет лучевого давления Солнца.

Второй. Выразился в сгущении конденсированных частиц – пылевой составляющей протопланетного диска в отдельные сгустки – протопланеты. Образование кратерированных поверхностей на планетах свидетельствует в пользу того, что эти два этапа сосуществовали. Так сформировалась планетная система вокруг Солнца, насчитывающая девять планет (по степени удаленности от Солнца): Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон (?). Близкие к Солнцу планеты объединены в земную группу (Меркурий, Венера, Земля с Луной, Марс, Пояс астероидов) и в группу внешних планет-гигантов (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун), отличающиеся как по размерам, составу, так и по плотности . Исключением является Плутон, который нельзя отнести к планетам-гигантам.

Ссылки

fn3. Войткевич Г.В. Рождение Земли. Ростов-на-Дону, 1996. 471 с.