Юпитер.
Юпитер - пятая по расстоянию от Солнца и самая большая планета Солнечной системы - отстоит от Солнца в 5,2 раза дольше, чем Земля, и затрачивает на один оборот по орбите почти 12 лет. Экваториальный диаметр Юпитера - 142600 км. (в 11 раз больше Диаметра Земли.) Период вращения Юпитера - самый короткий из всех планет 9 ч. 50 мин. 30 с. На экваторе и 9 ч. 55 мин. 40 с. В средних широтах. Из-за быстрого вращения планета имеет сильное сжатие у полюсов. Масса Юпитера равна 3/8 массам Земли. Средняя плотность 1,33 г/см3 , что близко к плотности Солнца. Ось вращения Юпитера почти перпендикулярна его орбиты (наклон 87О).
Детали на поверхности Юпитера постоянно меняют свой вид, из устойчивых деталей известно Большое красное пятно, наблюдающееся уже более 300 лет. Это громадное овальное образование размерами 35000 км по долготе и 14000 км по широте. Цвет его красноватый, но подвержен изменениям. Можно предположить, что Красное пятно - это антициклон с длительным временем жизни.
Спектральные исследования Юпитера показали, что его атмосфера состоит из молекулярного водорода и его соединений: метана и аммиака. В небольших количествах Присутствуют также этан, ацетилен, фосфен и водяной пар.
Облака Юпитера представляют собой трехслойную систему, состоящую из кристалликов и капелек аммиака ,гидросульфидов аммония и водяного льда. С помощью американского космического аппарата “Пионер -10” удалось уточнить содержание гелия в атмосфере Юпитера. Можно считать установленным, что атмосфера Юпитера на 74% состоит из водорода и на 26% из гелия. На долю метана приходится не более 0,2%, на долю аммиака - не более 0,1 % состава атмосферы планеты (по массе). Учитывая низкую среднюю плотность планеты можно считать, что эти два газа (водород и гелий)составляют почти всю массу самой планеты.
Ниже чисто газового слоя в атмосфере Юпитера лежит слой облаков. Слой жидкого молекулярного водорода имеет толщину 24000км. На этой глубине давление достигает 300 ГПа, а температура 11000 К, здесь водород переходит в жидкое металлическое состояние. Слой жидкого металлического водорода имеет толщину 42000 км. Внутри него располагается небольшое железно-силикатное твердое ядро радиусом 4000 км и массой, достигающей 10 - 20 масс Земли. На границе ядра температура достигает 30000К.
В 1965 году было обнаружено радиоизлучение Юпитера на волне 3 см, соответствующее тепловому излучению с температурой 145 К. По измерениям в инфракрасном диапазоне температура самых наружных слоев облаков Юпитера 130 К.
Полеты американских космических аппаратов “Пионер - 10” и “Пионер - 11” позволили уточнить строение магнитосферы Юпитера (1 мм в год !) Напряженность магнитного поля у поверхности в полярных областях планеты 10 - 15 эрстед, т.е. в 20 раз больше, чем на Земле.
Юпитер имеет 16 спутников. Первые 4 спутника были открыты еще Г. Галилеем (ИО, Европа, Ганимед, Каллистро) Они, а также внутренние спутники Амальтея и открытые в 1979 - 1980 годах маленькие спутники Метис и Адрастея движутся в плоскости экватора планеты. Внешние спутники обращаются вокруг планеты по сильно вытянутым орбитам с большими углами наклона к экватору (до 30О). Это маленькие тела - от 10 до 120 км, по - видимому, неправильной формы. Самые внешние 4 спутника Юпитера обращаются вокруг планеты в обратном направлении.
Кроме спутников Юпитер окружен очень слабо светящимся пылевым кольцом. Оно было обнаружено на снимках, сделанных “против света”, т.е. когда Солнце светило почти в объектив телевизионной камеры “Вояджер - 2”. Кольцо вокруг Юпитера - плоское и чрезвычйно тонкое, а его ширина (приблизительно 6,4 км) очень мала по сравнению с его радиусом по внешней границе (125 тыс.км.) По своей ширине и яркости кольцо Юпитера сильно уступает системе колец Сатурна.
Сатурн
Сатурн - вторая по величине и шестая по расстоянию от Солнца планета Солнечной системы. Его экваториальный диаметр лишь немного меньше, чем у Юпитера (116000 км), но по массе Сатурн уступает Юпитеру более чем втрое и имеет очень низкую среднюю плотность - всего 0,70 г/см3. Низкая плотность Сатурна объясняется тем, что он состоит (как и другие планеты - гиганты) из водорода и гелия. При этом давление не достигает столь высоких значений, как на Юпитере, поэтому плотность вещества меньше. Спектроскопические исследования обнаружили в атмосфере Сатурна некоторые молекулы. Температура поверхности облаков на Сатурне близка к температуре метана(-184ОС) из твердых частичек которого состоит облачный слой планеты.
В телескоп видны вытянутые вдоль экватора темные полосы, называемые также поясами и светлые зоны, но детали менее контрастны, чем на Юпитере и отдельные пятна в них наблюдаются значительно реже.
Сатурн окружен кольцами, которые видны в телескоп в виде “ушек” по обе стороны диска планеты. Они были замечены еще Г. Галилеем в 1610 году. Кольца Сатурна - одно из самых интересных и удивительных образований в Солнечной системе. Плоскость колец практически совпадает с плоскостью экватора Сатурна и имеет постоянный наклон к плоскости орбиты, равный приблизительно 27О С. В зависимости от положений планеты на орбите мы видим кольца то с одной, то с другой стороны. Полный цикл изменения их вида завершается в течение 29,5 лет - таков период обращения Сатурна вокруг Солнца. Время от времени кольца на короткий срок перестают быть видимыми в телескопы средних размеров. Это происходит либо когда кольца бывают обращены к наблюдателю “ребром” и выглядят как чрезвычайно тонкая полоска. Толщина колец, по современным данным, около 1,3 км. Она очень мала по сравнению с их диаметром который по наружному краю составляет 275 тыс. Км.
В кольцах выделяются три основные концентрические зоны, разграниченные узкими кольцевыми щелями:
внешнее кольцо “А” имеет ширину 16000 км и отделено от кольца ”В” - наиболее яркого и плотного, шириной 26000 км - щелью Кассини, имеющей ширину 5000 км. Полупрозрачное, креповое кольцо “С” светится слабо и позволяет видеть сквозь него поверхность планеты; его ширина 18000 км. Сквозь все зоны колец Сатурна просвечивают звезды. Кольца вращаются вокруг Сатурна, причем скорость движения внутренних зон больше, чем наружных.
Удивительная тонкая структура колец планеты видна на снимках, переданных на земной шар с американских космических аппаратов “Вояджер - 1” и “Вояджер - 2”, пролетевших вблизи Сатурна в 1980 - 1981 годах. Оказалось, что система колец состоит из нескольких тысяч узких светлых колец различной яркости; некоторые из них имеют очень резкие границы. В зонах “А” и “В” они расположены настолько тесно, что там трудно что-либо различить. Однако одно из узких колечек находится на некотором удалении от других, опоясывая зону “А” вдоль ее внешней границы. Оно получило название кольца “F”. На снимках можно различить три тесно расположенные светлые нити, составляющие кольцо ”F”. Самая тонкая из них имеет толщину в десятки километров; местами видны ее пересечения с соседней нитью.
Чтобы объяснить ниточную структуру системы колец Сатурна, было выдвинуто несколько гипотез. Согласно одной из них, каждое из узких колечек заполнено ледяным “дымом”, который непрерывно выделяется из массивных объектов, обладающими свойствами кометного ядра. Кометоподобные объекты могли появиться на орбитах вокруг планеты как обломки одного из спутников после его разрушения под действием приливных сил. Кроме колец у Сатурна известно 17 спутников. Самый внешний спутник - Феба - обращается вокруг планеты в направлении, противоположном движению всех остальных спутников. Титан - крупнейший спутник Сатурна и один из величайших спутников в солнечной системе. Его диаметр (5150 км), почти такой же как у Ганимеда. Оказалось ,что Титан окружен довольно плотной атмосферой, которая состоит из азота и молекулярного водорода. Давление в этой атмосфере на уровне поверхности Титана приблизительно в 1,5 раза больше, чем давление воздуха возле поверхности земного шара. Такие спутники Сатурна, как Мимас, Диона, Рея, Тефия, Гиперион, своим внешним видом весьма напоминают Луну или Меркурий.
Уран
Уран - Седьмая по порядку от Солнца планета Солнечной системы. По диаметру он почти вчетверо больше Земли (50800 км) и очень далек от Солнца (19,2 а.е.) Освещен он сравнительно слабо.
Уран был открыт в 1781 году Английским ученым В.Гершелем. Какие - либо детали на его поверхности различить обычно не удается из-за малых угловых размеров планеты в поле зрения телескопа. Это затрудняет его исследования, в том числе и изучение закономерностей вращения. По - видимому, Уран (в отличие от всех других планет) как бы лежа на боку , вращается вокруг своей оси. Такой наклон экватора создает необычные условия освещения: на полюсах в определенный сезон солнечные лучи падают почти отвесно, а полярный день и полярная ночь охватывают (попеременно) всю поверхность планеты, кроме узкой полосы вдоль экватора. Так как Уран обращается по орбите вокруг Солнца за 84 года, то полярный день на полюсах планеты продолжается 42 года, а затем сменяется такой же полярной ночью. Лишь в экваториальном поясе Урана Солнце регулярно всходит и заходит с периодичностью равномерного осевого вращения планеты. Даже в тех участках планеты где Солнце расположено в зените, температура на Уране (точнее, на видимой поверхности облаков) около - 215 ОС
В составе атмосферы Урана по спектроскопическим наблюдениям найдены водород и небольшая примесь метана. В относительно большом количестве есть, по косвенным признакам гелий. Средняя плотность Урана 1,58 г/см3 , объясняется существованием в недрах планеты ядра из тяжелых элементов. Одной из необычных особенностей Урана является открытая в 1977 году система опоясывающих его колец. Они состоят из множества отдельных непрозрачных, и, по-видимому, очень темных частиц. В отличие от колец Сатурна кольца Урана - узкие, как бы “ниточные” образования. Они не видны в отраженном свете, и обнаруживаются только по сильному ослаблению блеска звезд, оказавшихся для земного наблюдателя позади колец при орбитальном движении Урана. Удаленность колец от центра планеты составляет от 1,60 до 1,85 радиуса Урана .Спутников у Урана 16. Миранда, Ариэль, Умбриэль, Питания, Оберон и др. Обращаются по орбитам, плоскости которых практически совпадают между собой.
Нептун
Нептун - восьмая по порядку от Солнца большая планета Солнечной системы. Планета была открыта необычным образом. Было замечено, что Уран движется не совсем так как ему полагается двигаться под действием притяжения Солнца и известных в то время планет. Тогда заподозрили существование еще одно массивной планеты и попытались предвычислить ее положение на небе. Эту чрезвычайно сложную математическую задачу независимо друг от друга успешно решили английский астроном Дж. Адамс и французский астроном У. Леверье. Получив данные Леверье, ассистент Берлинской обсерватории И. Балле 23 сентября 1846 года обнаружил планету. Открытие Нептуна имело величайшее значение прежде всего потому, что оно послужило блестящим подтверждением правильности закона всемирного тяготения, положенного в основу расчетов.
Средняя удаленность Нептуна от Солнца - 30,1 а.е., период обращения по орбите 164 года и 288 дней. Таким образом ,с момента открытия Нептун еще даже не совершил полного оборота по соей орбите.
Видимый угловой диаметр Нептуна не превышает 2”. При измерении столь малого диаметра угломерными приспособлениями с поверхности Земли относительная ошибка очень велика. Уточнить диаметр планеты удалось 7 апреля 1967 года .,когда Нептун в своем движении на фоне звездного неба заслонил одну из далеких звезд. Его экваториальный диаметр был определен равным 48600 км. Новые сведения позволили уточнить среднюю плотность Нептуна: она оказалась равной 1,69 г/см3. В центре планеты, согласно расчетам, имеется тяжелое ядро из силикатов, металлов и других элементов, входящих в состав планет земной группы.
Изучение характера ослабления блеска звезды при ее затмении атмосферой Нептуна дало много дополнительной информации. В частности, был найден средний молекулярный вес надоблачных слоев атмосферы планеты. Он соответствует молекулярному водороду с небольшой примесью метана.
В данный момент у Нептуна открыто 8 спутников. Расстояние от спутников меняется в пределах от 1,5 до 9,6 млн. Км. Самым первым из открытых спутников - Тритон, открытый в 1846 году, через две недели после открытия самого Нептуна. По размерам и массе он больше Луны. Он имеет обратное направление орбитального движения.
Плутон
Плутон был открыт американским астрономом Клайдом Томбо в 1930 году. Из 9 известных больших планет Солнечной системы Плутон наиболее удален от Солнца. Среднее расстояние Плутона от Солнца составляет 39,5 а.е. Плутон выглядит как точечный объект 15-й звездной величины, т.е. примерно в 4 000 раз слабее тех звезд, которые находятся на пределе видимости невооруженным глазом. Плутон очень медленно, за 247,7 года совершает оборот по орбите, которая имеет необычно большой наклон (16С) к плоскости эклиптики и вытянута настолько, что в перигелии Плутон подходит к Солнцу на более короткое расстояние чем Нептун. Из-за огромной удаленности и слабой освещенности изучать Плутон очень сложно. Измерить диаметр Плутона долго не удавалось. Лишь в 80-е годы, применив новый метод спекл-интерферометрии, астрономы установили, что он равен примерно 2300 км. Поверхность Плутона, нагреваемая Солнцем до - 220О С , даже в наименее холодных полуденных участках покрыта, по-видимому, снегом из замершего метана. Атмосфера планеты разряженная и состоит из газообразного метана с возможной примесью инертных газов.
Спутник Плутона - Харон. Он относительно яркий, но расположен настольно близко к планете , что его изображение на фотоснимках сливается с изображением Плутона, лишь слегка выступая то с одной, то с другой стороны. Из периода обращения и расстояния между центрами вычислили массу системы “Плутон - спутник”. Масса оказалась неожиданно малой 1,7 % массы Земли. В таком случае средняя плотность составляет 2 г/см3. Харон удалось обнаружить в 1978 году, но исследовать его очень трудно из-за огромного расстояния от Земли.
Систему “Плутон - спутник”, по-видимому , нельзя отнести ни к одной из двух групп. По химическому составу он близок к планетам - гигантам, а по размерам к планетам земной группы.
Малые планеты (Астероиды).
Малые планеты (Астероиды) - космические тела размером в сотни километров и меньше, движущиеся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, расположенным преимущественно между орбитами Марса и Юпитера. Самые маленькие астероиды имеют размер несколько меньше 1 км. Число малых планет быстро растет при переходе от крупных к мелким, которые уже можно считать крупными метеоритными телами.
Первая малая планета - Церера - была открыта случайно 1 января 1801 года итальянским астрономом Пиацци. В настоящее время известно уже несколько тысяч малых планет. Примерно для 2000 из них известны точные орбиты. Общее число малых планет внутри орбиты Юпитера, доступных наблюдениям, оцениваются в 100000. Но их суммарная масса меньше 1/1000 массы земного шара.
Малым планетам с типичными орбитами присваивались женские имена, малые планеты с теми или иными особенностями движения получали мужские имена. В последнее время, однако, это правило не соблюдается. У подавляющего большинства малых планет большие полуоси их орбит заключены между 2,2 и 3,6 а.е. Они образуют так называемое кольцо или пояс малых планет (астероидов).
Орбиты малых планет в среднем более вытянуты и более наклонены по эклиптике, чем орбиты больших планет. Известно несколько десятков малых планет движущихся вдоль орбиты Юпитера и образующих две устойчивые группы - на расстоянии 60О впереди и позади планеты (так называемые Троянцы и Греки - они все названы именами героев троянской войны). У малой планеты Педальго имеющей вытянутую орбиту с большой полуосью в 5,8 а.е. афемий расположен дальше орбиты Сатурна, но благодаря большому наклону орбиты Педальго не происходит его сближение с Сатурном. Еще большей орбитой обладает малая планета Хеерон . Ее орбита проходит в основном между орбитами Сатурна и Урана, но в перигелии заходит внутрь орбиты Сатурна.
Некоторые малые планеты имеют небольшие вытянутые орбиты, приближающиеся к орбите Земли (малые планеты группы Амура) или даже заходящие внутрь нее ( малые планеты группы Аполлона и Атона). Малая планета Икар заходит даже внутрь орбиты Меркурия. Малые планеты группы Аполлона и некоторые из группы Амура могут сближаться с Землей. Крайне редко они даже сталкиваются с ней, образуя при уларе о сушу гигантские “метеоритные” кратеры, а при попадании в океаны и моря порождают гигантские волны.
Существует гипотеза, согласно которой в том месте, где сейчас движутся астероиды, когда -то находилась планета. Эта планета (у нее даже есть два названия: одно традиционное - Фаэтон, а другое - планета Ольберса) разрушалась либо в результате столкновения с крупным телом, либо под действием каких-то других сил, например под действием приливных сил Юпитера. Обломки этой гипотетической планеты и есть астероиды.
Такое предположение в настоящее время высказывают многие ученые. Долгое время размеры малых планет оценивали приближенно, на основании видимого блеска и предполагаемой отражательной способности. В последние годы размеры и отражательные способности крупнейших малых планет определяют путем измерения инфракрасного излучения и сравнения его с количеством отраженного видимого света, а также на основе эмпирической зависимости поляризационных свойств поверхности и от ее отражательной способности. К настоящему времени получены такие сведения почти о 200 малых планетах поперечником больше 70 км. Самые большие малые планеты имеют следующие размеры: Церера - 1003 км., Паллада - 608 км., Веста - 538 км., Тгия -450 км.
Малые планеты, движущиеся внутри орбиты Юпитера, считаются каменистыми телами, родственными планетам земной группы. Это подтверждаются спектрофотометрическими наблюдениями, которые показывают, что почти все они по отражательным свойствам похожи на метеориты тех или иных типов.