uabooks.top » Фізика » Планети та їх супутники
Інформація про новину
  • Переглядів: 276
  • Дата: 22-02-2019, 20:18
22-02-2019, 20:18

Планети та їх супутники

Категорія: Фізика




Меркурій — найближча до Сонця планета. Меркурій є ще й найменшою і найшвидшою планетою в Сонячній Системі. Меркурій рухається

орбітою навколо Сонця із середньою швидкістю

що в 1,6 раза більше швидкості Землі. Така швидкість і той факт, що Меркурій розмі-

щений ближче до Сонця, ніж Земля, приводять до того, що один рік на Меркурії (час його повного оберту навколо Сонця) становить усього 87,97 земних днів.

Для спостережень із Землі Меркурій — незручний об’єкт. Як внутрішня планета, він не віддаляється від Сонця більш ніж на 28° і видимий лише при сході або заході Сонця, і досить низько над горизонтом (особливо в північних широтах). У низьких широтах Меркурій спостерігається краще. Період його найкращої видимості (елонгація) настає декілька разів на рік і триває близько 10 днів. Проте навіть у ці періоди побачити Меркурій неозброєним оком непросто (неяскрава зірка на досить світлому фоні неба).

Для людини, що перебуває на поверхні Меркурія, здається, що Сонце дивним чином рухається його небосхилом. У своєму русі воно може прискорюватися чи сповільнюватися, зупинятися й навіть рухатися у зворотному напрямку. Це пояснюється тим, що орбіта Меркурія дуже витягнута.

Наявність магнітного поля дає змогу припустити, що Меркурій має досить велике металеве ядро, розміри якого можуть досягати

діаметра

планети. Вважається, що в ядрі зосереджено до 80 % усієї маси Меркурія, і цим визначається його найбільша середня густина серед усіх планет Сонячної системи (мал. 214).

Поверхня планети вся поцяткована кратерами, утворення яких можна пояснити метеоритним бомбардуванням Меркурія, що відбувалося на перших етапах еволюції планети мільярди років тому.

Венера. Венера (мал. 215) належить до планет, відомих людству з найдавніших часів. Оскільки Венеру можна спостерігати ввечері після заходу сонця або вранці перед світанком, її ще називають «зоря вечірня» або «вранішня зоря». Венера друга в Сонячній системі й найближча до Землі планета. Це третій за яскравістю об’єкт на небі; її блиск поступається лише блиску Сонця та Місяця. Венера обертається навколо своєї осі у зворотному напрямку до обертання навколо Сонця, на відміну від Землі та інших планет.

Дослідження цієї планети надзвичайно ускладнене через її дуже щільну й могутню атмосферу, що складається на 96 % з молекул вуглекислого газу СО2. Атмосферний тиск біля поверхні Венери становить близько 9 МПа, а густина у 35 разів перевищує густину земної атмосфери. Кількість вуглекислого газу в атмосфері Венери в 400 тис. разів більша, ніж у земній атмос

фері. Наявність в атмосфері Венери великої кількості вуглекислого газу спричиняє явище парникового ефекту, яке проявляється значно сильніше, ніж на Землі. Через високий коефіцієнт відбиття сонячного світла шаром хмар поверхня Венери отримує менше сонячної енергії, ніж земна. Але через інтенсивне поглинання великою кількістю вуглекислого газу теплової енергії в нижніх шарах атмосфери за мільярди років існування планети поверхня розігрілась так, що каміння буквально світиться. Унаслідок високого розігріву на планеті відсутня вода.

Протягом двомісячної ночі на поверхні Венери не спостерігається абсолютної темряви. Крім постійних спалахів блискавок, які супроводжуються гуркотом грому, там уночі видно свічення верхніх шарів атмосфери. Нічне освітлення підсилюють вогні від діючих вулканів.

Марс. Марс (мал. 216) за розташуванням — четверта від Сонця планета Сонячної системи й сьома за розміром і масою. Іноді Марс називають «червоною планетою» через червонуватий колір поверхні, спричинений наявністю оксиду заліза. На зоряному небі вона виглядає як цятка червоного кольору, що час від часу значно перевершує за блиском зорі першої величини.

За тривалістю доби (24,6 год) і зміною пір року (вісь обертання нахилена під кутом 65° до площини орбіти) Марс нагадує нашу планету.

У центрі Марса міститься ядро, діаметром близько 2968 км, яке складається здебільшого із заліза з вмістом сірки та перебуває в рідкому стані. Ядро оточене мантією із силікатів.

Марс має розріджену атмосферу. Це дає змогу вивчати його поверхню безпосередньо із Землі. Дві третини поверхні Марса займають світлі ділянки, які отримали назву материків, близько третини — темні ділянки, названі морями. Вони зберігають свою форму в часі, що дало змогу скласти точні карти поверхні.

Марс, як і Місяць, укритий кратерами. (До речі, п’ять кратерів мають імена астрономів, які народились або працювали в Україні — Барабашов, Фесенков, Герасимович, Струве, Сімейкін; є також кратери Євпаторія та Фастів.) Є на Марсі й безладно розташовані пагорби та провалля, різної природи утворення. Вони схожі на русла висохлих річок, системи вузьких тріщин, гірські райони й окремі гори вулканічного походження.

Поблизу полюсів восени утворюються білі плями — полярні шапки. Коли в північній півкулі Марса настає літо, північна полярна шапка швидко зменшується, але в цей час збільшується інша — біля південного полюса, де настає зима. Виявляється, обидві полярні шапки складаються з твердого двоокису карбону, тобто сухого льоду, що утворюється при замерзанні вуглекислого газу, який входить до складу атмосфери, і з водяного льоду з домішкою мінерального пилу.

Марсіанський ґрунт — це дрібнодисперсний матеріал (реголіт), у якому міститься 15-20 % кремнію, 12-16 % заліза, близько 10 % фосфору, по 7 % марганцю та кобальту, а також кальцій, хром, нікель, ванадій, титан, молібден, цирконій та ін. Жодна з відомих земних гірських порід не збігається за складом з марсіанськими.

Наразі немає наукових доказів існування життя на Марсі. Хоча припускають, що воно там може бути. Ще до початку польотів на Марс він був першим кандидатом на виявлення там позаземного життя. На Марсі було знайдено шматки льоду, що є однією з умов існування життя. За останніми відомостями, в минулому на Марсі існувала вода в рідкому стані, поверхню планети вкривали моря. Цілком можливо, що ще кілька мільйонів років тому клімат на Марсі був вологішим. Доказом цього слугує рельєф планети. Одна з версій втрати Марсом води — це результат дії сонячного вітру.

Марс має два невеликі супутники — Фобос (27 км) і Деймос (15 км). Супутники обертаються у площині екватора планети по кругових орбітах радіусом 6 і 20 тис. км відповідно. За допомогою космічних апаратів установлено, що супутники мають неправильну форму й у своєму орбітальному положенні залишаються поверненими до планети завжди одним і тим самим боком.

Юпітер. Юпітер (мал. 217) п’ята й найбільша планета Сонячної системи (більш ніж удвічі масивніша за всі інші планети разом узяті). Юпітер швидше за всі інші планети обертається навколо своєї осі.

За своїми характеристиками Юпітер займає проміжне положення між планетними й зоряними утвореннями, і його остаточне формування ще й досі не завершилося. Надра планети дають свій власний потік енергії, у середньому вдвічі більший, ніж Юпітер отримує від Сонця. На глибині 20 000 км водень переходить у металічний стан, і його фізичні властивості нагадують розплавлений метал, який добре проводить електричний

струм. Такого агрегатного стану водню (густина

за тиску 106 атм)

на Землі не існує. Завдяки електричному струмові, що генерується в цій металевій оболонці, виникає потужне магнітне поле, напруженість якого у 50 разів більша, ніж у земного. Це поле формує навколо планети протяжну магнітосферу з декількома радіаційними поясами.

Навіть у невеликий телескоп на Юпітері добре помітні світлі та темні смуги, що простягаються паралельно екватору. Існує ряд гіпотез, що пояснюють їхнє походження. Так, за однією з версій, смуги виникали в результаті явища конвекції в атмосфері планети-гіганта — за рахунок підігрівання з надр і, як наслідок, підняття одних шарів й охолодження та опускання вниз інших. Конвекційні потоки, що виносять внутрішнє тепло до поверхні, зовні проявляються у вигляді світлих зон і темних поясів. Верхній шар світлих хмар складається з кристаликів аміаку, має температуру -107 °С і тиск (порядку 1 атм), що відповідає висхідним потокам. Розташовані нижче темні хмари поясів складаються, ймовірно, із червоно-коричневих кристалів гідросульфіду амонію та мають вищу температуру. Ці структури є областями низхідних потоків. Зони та пояси мають різну швидкість руху в напрямку обертання Юпітера. На границях поясів і зон спостерігається сильна турбулентність, яка призводить до утворення численних вихрових структур. Найвідомішою є Велика червона пляма, що спостерігається на поверхні Юпітера останні 300 років.

Є гіпотези щодо можливості існування життя у хмарах Юпітера, адже його атмосфера має всі компоненти, які були необхідні для появи життя на Землі. Деякі шари хмар є теплими та відносно комфортними для існування навіть земних мікроорганізмів.

У Юпітера до 2011 р. зареєстровано 63 супутники й тьмяні кільця. Чотири найбільші супутники: Іо, Європа, Ганімед, Каллісто (мал. 218) відкрив ще Галілей за допомогою свого першого телескопа, тому їх називають Галілеєві супутники. Іо має найбільшу геологічну активність з усіх тіл Сонячної системи. На Іо зареєстровано 8 постійно діючих вулканів, із жерл яких викидаються розжарені гази та магма.

Три інші Галілеєві супутники — Європа, Ганімед і Каллісто — дуже схожі між собою: на їхній поверхні видно багато снігу та льоду. Ганімед є найбільшим супутником у Сонячній системі, який за розмірами навіть перевершує Меркурій.

Сатурн. Сатурн (мал. 219, с. 280) — друга за величиною й шоста від Сонця планета Сонячної системи. Ця планета-гігант дуже схожа на Юпітер. Це єдина планета Сонячної системи, чия середня густина менша від густини води. Візитною карткою Сатурна є відомі кільця, які видно в телескоп. Вони оперізують планету навколо екватора і складаються з безлічі крижаних часток з розмірами від міліметра до декількох метрів.

Атмосфері Сатурна властиві такі самі ділянки смуг, як і атмосфері Юпітера, однак на Сатурні ці смуги виражені менш яскраво і є значно ширшими поблизу екватора. Жовтуватого кольору верхнім шарам атмосфери Сатурна надають снігові хмари з аміаку. На глибині 300 км від верхніх шарів розташовуються хмари, у яких при підвищенні температури сніг перетворюється на дощ.

Сатурн теж випромінює в космос більше енергії, ніж отримує від Сонця. Як і Юпітер, має магнітне поле, радіаційні пояси та є джерелом радіовипромінювання.

Сатурн має помітну систему кілець, що складаються здебільшого з частинок криги, меншої кількості важких елементів і пилу. Навколо планети обертається 62 відомі на 2013 р. супутники. Титан — найбільший серед них, це другий за розмірами супутник у Сонячній системі, який перевершує за своїми розмірами Меркурій і має єдину серед супутників Сонячної системи густу атмосферу.

Закінчила свою 20-річну роботу автоматична міжпланетна станція «Кассіні-Гюйгенс», що була запущена в 1997 р. на орбіту Сатурна. Вона дісталася до системи Сатурна в 2004 р. До її завдань входило вивчення структури кілець, а також динаміки атмосфери й магнітосфери Сатурна. Орбітальна станція «Кассіні» — перший штучний супутник Сатурна. Автоматична станція «Гюйгенс» — перший космічний апарат, який здійснив м’яку посадку на супутник Сатурна Титан. У результаті діяльності проекту на Землю було передано 635 Гб даних, 453 048 знімків, виконано 162 прольотів поблизу супутників Сатурна. За результатами місії опубліковано 3948 наукових публікацій.

Уран. На відміну від інших газових гігантів — Сатурна та Юпітера, що складаються в основному з водню і гелію, у надрах Урана та схожого з ним

Нептуна відсутній металевий водень. Проте в них є багато високотемпературних модифікацій льоду — з цієї причини фахівці виділили ці дві планети в окрему категорію «крижаних гігантів».

Уран рухається навколо Сонця майже коловою орбітою, середня відстань від Сонця — у 19 разів більша, ніж у Землі. Вісь планети лежить майже в площині орбіти, до того ж Уран, як і Венера, обертається у зворотному напрямку (зі сходу на захід). Вважають, що таке аномальне для Сонячної системи обертання спричинене зіткненням цих планет з великими космічними тілами на ранніх стадіях еволюції.

Такий великий кут нахилу приводить до унікальної в Сонячній системі зміни пір року — полярні кола розташовуються майже на екваторі, а тропіки — біля полюсів. Це означає, що Сонце освітлює один із полюсів планети майже 42 земні роки, у той час як на іншому полюсі стільки ж триває полярна ніч.

Як і інші планети-гіганти, Уран (мал. 220) має кільця. За допомогою телескопів відкрито тільки 5 великих супутників: Аріель, Умбріель, Титанію, Оберон і Міранду, а всі інші вперше сфотографовано в 1986 р. за допомогою космічних апаратів.

Нептун. Уже перші спостереження за Ураном засвідчили, що він рухається не так, як мав би під дією гравітації Сонця та інших відомих планет. Причиною невідповідностей могло бути невідоме масивне небесне тіло. Так відкрили Нептун (мал. 221). Ця подія є дивовижним досягненням небесної механіки — планету відкрито завдяки математичним розрахункам, а не шляхом регулярних спостережень.

Нептун — четверта за розміром і третя за масою планета. Її орбіта перетинається з орбітою Плутона та з орбітою комети Галлея.

За фізичними властивостями Нептун дуже схожий на Уран. Він теж належить до «крижаних планет». Планета має внутрішнє джерело енер

гії, бо випромінює в космос тепла майже втричі більше, ніж одержує його від Сонця.

Атмосфера Нептуна, подібно до атмосфери Юпітера та Сатурна, складається в основному з водню та гелію. Сліди метану в зовнішніх шарах атмосфери є причиною синього забарвлення планети.

У Нептуна виявлено 14 супутників та тонкі тьмяні кільця. За допомогою телескопів було відкрито 2 супутники — Тритон і Нереїду, а інші сфотографували за допомогою космічних апаратів.

Тритон — єдиний великий супутник серед тіл Сонячної системи, який рухається навколо планети у зворотному напрямку в порівнянні з обертанням Нептуна навколо осі. Це свідчить, що Тритон, можливо, був колись захоплений гравітаційним полем Нептуна, і він по спіралі наближається до планети. Коли відстань між Нептуном і Тритоном зменшиться до 65 000 км (межа Роша), припливні сили зруйнують супутник, і навколо Нептуна утвориться величезне кільце, подібне до кілець Сатурна.

ЗНАЮ, вмію, розумію

1. Чому Меркурій не може утримувати сталу атмосферу?

2. Які планети обертаються навколо осі у протилежному в порівнянні з Землею напрямку?

3. На яких планетах відбувається зміна пір року?

4. Венера розміщується далі від Сонця, ніж Меркурій, але чому температура на її поверхні вища, ніж на Меркурії?

5. Які особливості в планет-гігантів?

6. Чим пояснюється виділення додаткової енергії з надр планет-гігантів?

7. Чому Юпітер можна вважати дуже схожим на зорю?

 

Це матеріал з підручника Фізика і астрономія за 10 клас Засєкіна (профільний рівень)

 




^