Тема. Планети Сонячної системи

1. Подібність та відмінність між планетами земної групи та плане-тами-гігантами. Планети земної групи. Фізичні та орбітальні характеристики.

2. Фізичні характеристики Землі. Внутрішня будова Землі. Будова атмосфери. Рухи в оболонках Землі. Астрономічні фактори клімату.

3. Місяць: фізичні характеристики та проблема походження. Рельєфта фізичні умови на поверхні.

4. Планети-гіганти. Фізичні та орбітальні характеристики.

5. Супутники планет. Кільця планет.

6. Карликові планети.

Подібність та відмінність між планетами земної групи та планетами-гігантами.

Планети земної групи — Меркурій, Венера, Земля і Марс у порівнянні з планетами-гігантами мають відносно невеликі розміри, тверду поверхню та значну густину (близько 5 г/см³), бо складаються переважно з важких хімічних елементів. Ці планети маютьгаряче металеве ядро, яке оточене мантією із силікатних порід(рис. 27).

Верхній шар планет — кора, формується під дією як внутрішнього тепла, так і зовнішніх (космічних) факторів. Але температура на поверхні планет земної групи суттєво відрізняється, бо вони отримують від Сонця різну кількість енергії. До того ж в атмосферах Меркурія, Венери і Марса майже немає кисню, а тиск суттєвовідрізняється від атмосферного тиску на Землі. Якщо на поверхніЗемлі є умови для існування життя, то на поверхні інших планетпоки що не виявлено навіть примітивних бактерій.

Планети-гіганти на відміну від планет земної групи (рис. 28) не мають твердої поверхні, бо за хімічним складом (99 % Гідрогенуі Гелію) і густиною («1 г/см³) вони нагадують зорі, а їхня великамаса спричиняє нагрівання ядер до температури понад +10 000 °С.Крім того, планети-гіганти досить швидко обертаються навколо осіта мають велику кількість супутників.

Найбільшою загадкою усіх планет-гігантів (крім Урана) є джерело внутрішньої енергії (рис.29, 30), яку випромінюють ці планети в інфрачервоній частині спектра. Джерелом енергії не можутьбути термоядерні реакції, бо маса планет-гігантівнедостатня для перетворення їх у зорі. Не виключена можливість, що гіганти випромінюють ту енергію, яка була накопичена під час утворення Сонячної системи кілька мільярдів років тому. Можливо,що в минулому Юпітер мав досить високу температуру на поверхні й світився на небі молодої Земліу 100 разів яскравіше за Місяць.

Планети земної групи.

Фізичні та орбітальні характеристики.

Меркурій. Меркурій (рис. 31) є найменшою планетою Сонячної системи, яку рідко кому випадало спостерігати неозброєним оком,тому що вона розташована близько від Сонця. Меркурій дуже повільно обертається навколо своєї осі — сонячна доба вдвічі довша,ніж період його обертання навколо Сонця. Отже, протягом майжетрьох місяців там світить Сонце і стільки ж триває ніч.

Знімки поверхні Меркурія, які були зроблені за допомогою АМС «Марінер-10» (США), вражають схожістю його рельєфу з поверхнею Місяця (рис. 32) — така ж величезна кількість кратерів,що свідчить про однакову природу цих космічних тіл. Кратери наМеркурії названі іменами відомих митців. Один із великих кратерів названий на честь Тараса Шевченка (рис. 33).

Тривалість дня і ночі та погода на Меркурії не змінюються, бо його вісь обертання майже перпендикулярна до площини орбіти,(рис. 34), і змін пір року на ньому не відбувається. Денна температура сягає +430 °С, але протягом тримісячної ночі поверхня цієїпланети сильно охолоджується, і температура на світанку знижується до -170 °С. Ґрунт Меркурія дуже роздрібнений і має низьку теплопровідність, тому вже на глибині кількох десятків сантиметрів температура не змінюється. Меркурій не може утримуватисталу атмосферу, але біля поверхні планети вдалося виявити присутність атомів Гелію — це пояснюється так званим сонячним вітром, який складається з елементарних частинок та окремих ядерлегких хімічних елементів. У гравітаційному полі Меркурія атоми Гелію можуть рухатися не більше 200 діб, а потім гублятьсяв міжпланетному просторі. Отже, атмосфера цієї планети трохиподібна до ріки, складові якої постійно «пливуть» від Сонця мимоМеркурія до Землі та більш далеких планет.

Близькість Сонця створює деякі проблеми для телескопічного вивчення Меркурія (рис. 35). Наприклад, телескоп «Габбл» ніколи не використовувався і не буде використаний для спостереження цієї планети. Його будова не дозволяє спостерігати близькі доСонця об’єкти — спроба зробити це пошкодить апаратуру.

Незважаючи на близькість до Сонця, добовий перепад температур на ньому рекордний. Він сягає 650 C: від 467° на екваторі вдень під час проходження перигелію до -183° там же перед світанком.Такий перепад — наслідок великої тривалості дня і ночі та практичної відсутності атмосфери. Але вже на глибині порядку метразначних коливань температури нема, бо теплопровідність подрібнених порід, що вкривають поверхню, дуже мала.

Найбільшим кратером Меркурія є 1500-кілометровий басейн рівнини Спеки (рис. 36).

На поверхні Меркурія були виявлені також величезні рівнини, які заповнені застиглою базальтовою лавою. Це свідчить, що планета була колись розігріта, внаслідок чого в той час відбувалася інтенсивна вулканічна діяльність. Свіжі кратери на Меркуріїутворилися після падіння метеоритів.

У приполярних кратерах планети є водяний лід (рис. 37, 38). Джерелом води, ймовірно, є комети та інші дрібні тіла; при їх падінні вона випаровується, після чого частина пари конденсуєтьсяна холодних ділянках. Завдяки дуже малому нахилу осі обертання Меркурія дно згаданих кратерів ніколи не освітлюється Сонцем, і лід там може зберігатися дуже довго. Він був виявлений при

радіолокації з Землі завдяки високому радарному альбедо і згодом досліджений «Мессенджером» за допомогою нейтронного спектрометра (що виявив високий вміст водню) та лазерного альтиметра(що виявив високе інфрачервоне альбедо). Отримані дані вказуютьна те, що подекуди лід доволі чистий і в деяких місцях виходитьна поверхню. Його загальну масу оцінюють у 1010-1012 тонн. Метеоритні кратери на Меркурії більш розповсюджені, ніж на будь-якій іншій планеті Сонячної системи. Їх кількість на одиницю площі там приблизно така, як на материках Місяця.

На Меркурії розповсюджені загадкові дрібні западини, оточені світлим ореолом. Вони мають плоске дно з чіткими краями, неправильну форму й часто злиті в групи; їх глибина становить десятки метрів, а ширина — від десятків до тисяч. Найчастіше вони трапляються в метеоритних кратерах. Судячи з доброї збереженості, ці западини бувають дуже молодими і, можливо, формуютьсяй досі. Їх поява може бути пов’язаною з сублімацією якихось летких речовин або з вулканічними явищами.

Венера. Венера (рис. 39) привертає увагу людей тим, що на нашому небі її яскравість у десятки разів перевищує блиск зір першої зоряної величини (рис. 40). Українська народна назва цієї планети — Вечірня або Вранішня зоря, бо вона першою з’являється навечірньому небосхилі й останньою гасне на світанку.

Довгий час Венеру називали планетою загадок, бо густі хмари приховують її поверхні (рис. 41). Тільки недавно радіоспостере-ження виявили, що Венера повільно обертається навколо осі у зворотному напрямку (порівняно з обертанням Землі), і сонячна доба там триває 117 земних діб. На перший погляд, Венера дуже схожана Землю, бо ці планети мають майже однакові розміри та масу.Астрономи сподівалися, що клімат на Венері трохи тепліший в порівнянні із земним, а фантасти навіть писали про буйне життя націй таємничій планеті... Уперше в історії людства АМС серії «Венера» (СРСР) зробили м’яку посадку на поверхню іншої планетиі передали на Землю телевізійне зображення поверхні Венери.

У хмарах на Венері крім пари води утворюються краплини сірчаної кислоти, але до поверхні ці кислотні дощі не долітають, бо під хмарами температура різко підвищується (на поверхні +480 °С)і краплі випаровуються. Основний шар хмар розташовується назначній висоті (50-60 км), що пояснюється великим атмосфернимтиском, який біля поверхні досягає 90 атм — такий тиск на Землі.

На Венері дуже багато вулканів (рис. 42), але майже всі вони давно згаслі. Єдині непрямі ознаки відносно недавньої вулканічної активності було помічено у гори Маат, проте прямих підтверджень цього поки немає.

Оскільки хмари роблять поверхню недоступною для спостережень у видимому світлі, її досліджують переважно радіолокаційними методами. З аналізу зображень визначилися основні риси геології планети. Було встановлено, що в зоні зйомки найпоширеніші рівнини декількох типів, утворені нашаруваннями вулканічних лав. Морфологія лавових потоків у сполученні з результатами

визначення хімічного складу в місцях посадки космічних апаратів серії «Венера» — «Вега» свідчать про те, що це — базальтові лави,широко розповсюджені на Землі, Місяці, і, мабуть, на Меркуріїй Марсі. У межах цих рівнин спостерігаються специфічні кільцеві вулканотектонічні структури поперечником у сотні кілометрів,що одержали назву «вінців». Серед рівнин розташовані «острови»і «континенти» сильно пересіченої місцевості, не типової для інших планет. Структурний малюнок такої поверхні, зумовленийперетинаннями численних тектонічних розламів, нагадує вид черепичної покрівлі, а тому місцевість цього типу одержала назву«тессера» (рис. 43), що грецькою означає «черепиця».

Панорама поверхні Венери, яку передала АМС «Венера14». Небо вдень тьмяне, як на Землі перед дощем. Колір хмар і поверхнічервоний, бо атмосфера поглинає сонячне проміння у синій частині спектра як в океані на глибині 900 м. Хмари на Венері, скоріше,нагадують слабку імлу, в якій видно предмети на відстані до 1 км.Загадкою Венери залишається питання: чому в атмосфері планети так багато вуглекислого газу і так мало води? Дослідження показують, що загальна кількість вуглекислого газу та води, яка виділялась при виверженні вулканів на Землі й Венері, була колисьприблизно однакова. Виникає природне запитання: куди поділасявода з поверхні Венери? Чи були колись на Венері океани та моря?

Температура поверхні Венери становить +480 °С, залишається сталою протягом доби і не змінюється залежно від відстані до полюса чи екватора. За таких умов на Венері не відбувається різкихзмін погоди — ніколи не буває ураганів, а швидкість вітру біля поверхні не перевищує 1 м/c. Висока температура біля поверхні планети зумовлена парниковим ефектом. Головна складова атмосфери Венери — вуглекислий газ (CO2) — близько 97 % за об’ємом.Несподіваним виявилося те, що протягом двомісячної ночі на поверхні Венери не спостерігається абсолютної темряви. Крім постійних спалахів блискавок (рис. 44), які супроводжуються гуркотомгрому, там уночі видно свічення верхніх шарів атмосфери. Нічне освітлення підсилюють вогні від діючих вулканів, які внаслідок заломлення променів в атмосфері видно на відстані сотень кілометрів.

Астрономи створили детальну карту Венери (рис. 45), на якій позначено сотні кратерів, більшість з яких колись були вулканами, бо майже 80 % поверхні Венери вкриті вулканічною лавою .Деякі кратери утворились після падіння астероїдів. За традицієюназви кратерів на Венері даються на честь видатних жінок, які зробили суттєвий внесок у поступ нашої цивілізації. Один із вулканівназвали на честь астронома Харківської астрономічної обсерваторії Валентини Федорець.

Марс. Названий колись за свій червоний колір на честь бога війни, «кривавий» Марс (рис. 46) під час протистоянь за яскравістю поступається тільки Венері. Хоча маса та радіус Марса менші, ніж Землі, але тривалість доби (24,6 год) і зміна пір року (вісьобертання нахилена під кутом 65° до площини орбіти) нагадують

нашу планету. Правда, тривалість сезонів на Марсі майже у 2 рази довша, ніж на Землі. Навіть у невеликі телескопи на Марсі видно білі полярні шапки, які свідчать про наявність води в атмосфері планети.

Марс привернув особливу увагу людей після того, як у 1877 р. італійський астроном Д. Скіапареллі відкрив «канали» (рис. 47).Тоненькі, ледве помітні лінії, які з’єднували темні ділянки поверхні Марса, нагадували людству зрошувальні системи на Землі, томуфантасти висунули ідею про високий інтелект марсіанської цивілізації. Ці повідомлення зачарували американського мільйонераП. Ловелла, який залишив торгівлю і спеціально для пошуків життя на Марсі побудував величезну астрономічну обсерваторію. Післядослідження Марса за допомогою АМС було встановлено, що «канали» є своєрідною оптичною ілюзією, яку створюють окремі ділянки марсіанського ландшафту — гори, долини, кратери.

Із близької відстані Марс більше схожий на Місяць, ніж на Землю, бо безліч круглих кратерів свідчать про інтенсивне метеоритне бомбардування в минулому (рис. 48). На деяких схилах метеоритних кратерів видно застиглі потоки якоїсь рідини (Рис. 49).Можливо, під час вибуху з надр виділялася вода, а потім при низькій температурі знову замерзала. Ряд кратерів на Марсі назвали-на честь українських астрономів: Барабашов, Герасимович, Сімей-кін, Струве, Фесенков.

Чи є життя на Марсі? Розріджена атмосфера та великі добові перепади температури роблять неможливим існування висо-корозвинених форм життя — рослин або тварин. На знімках поверхні видно червону пустелю з дюнами піску,який переноситься вітром на тисячі кілометрів. Червоний колір марсіанського ґрунту (рис. 50) пояснюють значним вмістом (до 16 %), оксидів заліза(звичайної іржі). Про відсутність життя на поверхні Марса свідчать також результати експериментів, які безпосередньо проводились за допомогою АМС — присутність мікроорганізмів на поверхні не зареєстрована.

На Марсі ніколи не випадає дощ, бо пари води в атмосфері у 100 разів менше, ніж на Землі. На самій поверхні Марса водав рідкому стані не помічена, бо при тискові 0,006 атм температура кипіння води знижується до +3 °С. Тобто як тільки на поверхніутворюється невелика калюжа, то вода закипає і випаровується.Запасів води у вигляді снігу та льоду під поверхнею Марса (рис.50) може бути набагато більше — якби рівномірно її розподілитипо поверхні, то глибина такого моря могла б сягати кілька сотеньметрів. Русла висохлих річок на поверхні свідчать, що в минулому на Марсі була більш густа атмосфера, випадали дощі, і, ймовірно, існувало життя. Клімат на Марсі міг змінитися через зіткнення з астероїдом (рис. 51).

На поверхні Марса теж треба одягати скафандри,але досвід космічних експедицій на Місяць показує, що люди зможуть працювати на цій планеті. Основною проблемою марсіанських експедицій буде велика тривалість космічних перельотів

Земля — Марс — Земля, бо космонавти більше двох років будуть перебувати за межами Землі. Міжпланетний корабель із масою кілька тисяч тонн будуть монтувати на орбіті навколо Землі, і, можливо, на Марс полетить міжнародна експедиція з 5-10 космонавтів. У майбутньому на Марсі можна буде створити космічну базу — будівельним матеріалом служитимуть гірські породи,а джерелом енергії — сонячні промені. Воду можна використатидля добування кисню і водню, які будуть додатковим джереломенергії. Не виключена можливість, що під поверхнею Марса можуть існувати поклади нафти і газу.

Висновки. Хоча планети земної групи Меркурій, Венера, Земля і Марс схожі за розмірами, масою і внутрішньою будовою,але фізичні умови на поверхні Меркурія, Венери і Марса дужевідрізняються від земних, тому там не виявлені ознаки життя.На Меркурії відсутня стала атмосфера, тому коливання температури протягом доби там майже такі, як на Місяці. На Вене-рі густа атмосфера з вуглекислого газу створює пекельні умовидля існування живих істот — там і вдень і вночі температура+480С. Марс буде першою планетою, яку в недалекому майбутньому відвідають люди, але жити там можна тільки в скафандрах. Є припущення, що колись на Марсі була густіша атмосфера, випадали дощі, текли ріки і, можливо, існувало життя. Невиключено, що і тепер живі організми існують під поверхнеюпланети, де виявлена велика кількість криги.

Контрольні запитання

1. Чому Меркурій не може утримувати сталу атмосферу?

2. Яка планета обертається навколо осі у протилежному в порівнянні із Землею напрямку?

3. На яких планетах земної групи відбувається зміна пір року?

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

5. Які є докази того, що на поверхні Марса колись була вода в рідкому стані?

6. На яких планетах земної групи можливе існування життя?Тема для дискусії

Чи могли б розумні марсіани, спостерігаючи Землю у свої телескопи, виявити докази існування життя? Існування розумної цивілізації на Землі?

Завдання для спостереження

1. Нарисуйте положення Венери відносно горизонту та відносно зір і спостерігайте, як змінюється це положення протягомкількох тижнів. Зробіть висновок, як змінюється яскравістьпланети за цей час.

2. Під час протистоянь Марса визначте моменти, коли планетазупиняється і починає рухатися відносно зір у зворотному напрямку — зі сходу на захід.

Фізичні характеристики Землі. Внутрішня будова Землі. Будова атмосфери. Рухи в оболонках Землі.Астрономічні фактори клімату.

Земля (рис. 52, 53) є найчарівнішою планетою Сонячної системи, що рухається по своїй орбіті навколо Сонця із середньою швидкістю близько 30 км/с.

Крім того, обертаючись навколо власної осі, вона робить один оберт за добу. Земля оточена атмосферою, яка простягається в космос більше ніж на 1000 км, що створює на її поверхні сприятливі умови для існування життя (температуру, склад атмосфери, величезну кількість води).

Хімічний склад атмосфери (рис. 54) є неоднорідним. Найбільшою складовою атмосфери біля поверхні Землі (за об’ємом 78 %) є азот, який відіграє важливу роль у житті рослин. Кисень O₂ є необхідним елементом для дихання всіх живих істот і складає 21 %об’єму атмосфери.

Водяна пара H₂O в атмосфері затримує інфрачервоне випромінювання Землі та створює парниковий ефект, унаслідок чого температура поверхні підвищується. Середня температура поверхні Землі +15,8 °С, а якби не було в атмосфері водяної пари, то на нашій планеті настав би льодовиковий період — температура навітьна екваторі могла б знизитися до -25 °С.

Погода (вітри, циклони та антициклони) формується (рис. 55) в нижніх шарах атмосфери, яка називається тропосферою, де передача енергії відбувається не тільки випромінюванням, а й за допомогою конвекції.

Океани і моря на поверхні Землі акумулюють величезну кількість сонячної енергії, бо вода має одну з найбільших у природі питому теплоємність, тому на материках, як правило, протягомдоби і навіть протягом року не спостерігається різкого перепадутемператури.

Якби кількість кисню в атмосфері була на кілька відсотків більшою, то виникали б постійні пожежі, бо мокрі дерева горіли б як сірники, а якби кисню в атмосфері було трохи меншеніж 18 %, то неможливо було б запалити сірника. Шар озону О₃(алотропна видозміна кисню) захищає живі організми від смертельного ультрафіолетового випромінювання Сонця. Ультрафіолетові промені знищують мікроорганізми та рослини, викликаютьзахворювання у людей. Якби не стало озонового шару в атмосфері, то не було б життя на поверхні Землі.

Магнітне поле Землі (рис. 56) створює навколо планети на висоті понад 500 км пояси радіації. Елементарні частинки, які

рухаються у міжпланетному просторі з величезною швидкістю і мають електричний заряд, взаємодіють із магнітним полем Землі й тому не долітають до атмосфери. Таким чином, магнітне полезахищає життя на Землі від смертельних потоків космічних частинок.

Екологічна система Землі перебуває у стані своєрідної стійкої рівноваги, тому невеликі збурення в атмосфері або зміни сонячної радіації суттєво не впливають на загальний стан цієї системи.Але геологічні дослідження показують, що в минулому відбувалися екологічні катастрофи, внаслідок яких різко знижуваласятемпература та наставали льодовикові періоди. Для прогнозування майбутнього нам необхідно знати причини, що призводять дотаких катастрофічних процесів. Причиною раптового зниженнятемператури на поверхні Землі можуть бути зовнішні фактори, наприклад падіння астероїда, геологічні процеси — виверження вулканів або рух материків, та антропогенні фактори.

Будова Землі. Геологічні дослідження показали, що температура всередині Землі кожні 34 м зростає на 1 °С і у свердловинах на глибині 10 км досягає +300 °С. Центральна частина Землі утворює металеве ядро (рис. 56а).

Зовнішня частина ядра перебуває в розплавленому стані при температурі 7000 °С, а внутрішня — тверда. Вище розташовується силікатна оболонка, або мантія. На мантії «плаває» кора, товщина якої неоднакова — від 5—7 км під океанами, до кількох десятків кілометрів під гірськими районами континентів. Унаслідокконвекції в мантії земна кора розділилася на окремі плити, які повільно зміщуються.

Вважають, що 200 млн років тому існували єдиний материк — Пангея (рис. 57). та один світовий океан. Унаслідок конвекції, що відбувається у мантії, земна кора розділилась на окремі тектонічні плити, які повільно рухаються. Пангея мала форму літери «С», центр якої перебував на екваторі. На широті екватора Пангея була перегорожена широким гірським пасмом, щопростяглося зі сходу на захід, яке називають Герцинські гори.Уся центральна частина від 40° південної широти до 40° північної широти була вкрита пустелями. Ця пустельна частина відповідає сучасним Північній Америці, Південній Америці, Африці

та Європі. Північна Європа (область Північного моря) була вкрита мілким дуже солоним внутрішнім морем, яке періодично відновлювало зв’язок з океаном.

Екологічну катастрофу може створити навіть техногенна діяльність людини, внаслідок якої змінюється хімічний склад атмосфери. Наприклад, спалювання великої кількості органічного палива призводить до зменшення кисню в атмосфері та збільшення вуглекислого газу, який створює парниковий ефект (рис. 58). ПротягомХХ ст. середня температура Землі підвищилась на 0,8 °С, що призвело до інтенсивного танення льодовиків (рис. 59) і підвищеннярівня океану, внаслідок чого затоплені великі площі родючих низин. Людство зможе уникнути екологічної катастрофи, якщо будеширше використовувати альтернативні джерела енергії, що не забруднюють навколишнє середовище, — енергію земних надр, вітрову та сонячну енергію.

Парниковий ефект створює плівка в парнику, якою накривають грядку. Удень сонячне світло проходить крізь плівку і нагріває землю. Якщо ґрунт темного кольору, то у зворотному напрямку випромінюється енергія в інфрачервоній частині спектра, яка затримується плівкою. В атмосфері Землі парниковий ефект створюють вуглекислий газ і водяна пара.

Висновки. Повітря на Землі створює захисну ковдру, яка підвищує температуру на нашій планеті та оберігає життя відсмертельного космічного випромінювання. Океани і моря на поверхні Землі акумулюють величезну кількість сонячної енергії,бо вода має одну з найбільших у природі питому теплоємність.Техногенна діяльність людини може призвести до екологічноїкатастрофи.

Контрольні запитання

1. До якої групи планет належить Земля?

2. Чому на материках протягом року не спостерігається різкогоперепаду температур?

3. Як змінюється з висотою температура в тропосфері?

4. Що таке парниковий еффект і як він згрожує нашій планеті?

Місяць: фізичні характеристики та проблема походження. Рельєф та фізичні умови на поверхні.

Місяць (рис. 60) є природним супутником Землі, на якому атмосфера відсутня. Фази Місяця (рис. 61), тобто зміна його зовнішнього вигляду, настають унаслідок того, що Місяць світиться відбитими сонячними променями. Обертаючись навколо нашоїпланети, він займає різні положення відносно Землі та Сонця, томуми бачимо різні частини його денної півкулі. Щоб зрозуміти, чомуми бачимо фази Місяця, почнемо з нового Місяця, який із поверхні Землі майже ніколи не видний, бо до нас повернена його нічна

півкуля (рис. 62). Місяць у цій фазі можна побачити тільки під час сонячних затемнень,коли темний диск його видно на тлі яскравого Сонця (рис. 63).

Перша чверть настає через тиждень, коли до Землі повернені половина денного та половина нічного боку Місяця. Повний місяцьнастає у той момент, коли Місяць розташовується з протилежного боку від Сонця. Остання чверть, або старий Місяць, спостерігається у південно-східній частині небосхилуперед світанком.

З усіх астрономічних явищ, напевне, найбільшу увагу людей привертає затемнення Сонця (рис. 64), яке відбувається у той момент, коли тінь від Місяця досягає поверхніЗемлі. Хоча Місяць через кожні 29,5 доби перебуває між Сонцем і Землею (фаза — новийМісяць), але затемнення відбуваються набагато рідше, бо площина орбіти Місяця нахиленадо екліптики під кутом 5°. На орбіті існуютьдві точки, у яких Місяць перетинає площину екліптики — вониназиваються вузлами місячної орбіти. Затемнення Місяця абоСонця можуть відбутися тільки в тому випадку, коли Місяць перебуває поблизу вузла орбіти. Вузли місячної орбіти зміщуютьсяу космічному просторі, тому затемнення відбуваються в різні порироку. Період повторення затемнень, або сарос, знали ще єгипетськіжерці 4000 років тому.

Синодичний період обертання Місяця (29,5 земної доби) — проміжок часу, через який відбувається зміна фаз.

Сидеричний період обертання Місяця (27,3 земної доби) — час обертання Місяця навколо Землі відносно зір.

Фізичні умови на Місяці. Не дивлячись на те, що Місяць розміщений майже на такій самій відстані від Сонця, як Земля(рис. 65), і одиниця його поверхні отримує такуж саму кількість енергії, що й одиниця поверхніЗемлі, фізичні умови на цих космічних тілах суттєво відрізняються. Головна причина таких відмінпов’язана з тим, що сила тяжіння на Місяці менша від земної у 6 разів, тому він не може втримати біля поверхні окремі молекули газів. Протягоммільярдів років погода на Місяці однакова: 2 тижні світить Сонце і поверхня нагрівається до температури +130 °С, а потім після двотижневої ночі поверхня охолоджується і температура на світанкупадає до -160 °С. За високої денної температури

молекули газів покидають сферу тяжіння Місяця, тому там неможливе існування густої атмосфери. На Місяці навіть удень темне небо, як у міжпланетному просторі, там не буває ані вітрів, ані дощів (рис. 66). Зміни пір року не відбувається, бо вісь обертанняМісяця майже перпендикулярна до площини орбіти. На поверхніМісяця навіть неозброєним оком видно темніші ділянки, що булиназвані морями, та світліші, які астрономи назвали материками(рис. 67).

У морях немає ні краплі вологи, бо у вакуумі вода миттєво закипає і випаровується або замерзає. Вода у твердому стані могла зберегтися під поверхнею на глибині кількох десятків метрів, депротягомдоби температура не змінюється і дорівнює -30 °С.

Під час спостережень у телескоп видно, що на світлих материках переважають кратери — круглі гори діаметром до кількох сотень кілометрів, які мають вали заввишки кілька кілометрів(рис. 68,69).

Більшість кратерів мають метеоритне походження, хоча деякі з них могли утворитися під час виверження вулканів, з яких витікала розплавлена лава та заповнювала більш низькі ділянки,—так виникли моря. Виверження вулканів припинилося дуже давно,бо вік найстаріших твердих скель на материках — 4,4 млрд років, у той час як лава в моряхзастигла близько 3 млрд р оків тому.

Падіння метеоритів є основним фактором, який змінює зовнішній вигляд поверхні Місяця і призводить до своєрідної ерозії місячного ґрунту. Наприклад, метеорит із масою 1 кг, який летить зі швидкістю 10 км/с, має таку кінетичну енергію, що призіткненні з поверхнею Місяця може утворити кратер із діаметром1 м і розкидати на кілька десятків метрів камінці та пил. На Місяць постійно падають тисячі метеоритів різної маси, які безупинно змінюють зовнішній вигляд його поверхні. Правда, великі кратери з діаметром кілька сотень кілометрів утворились дуже давно,ще 4 млрд років тому, коли падало більше метеоритів. Протягоммільярдів років космічні «бомбардування» так роздробили верхнійшар місячного ґрунту, що він перетворився на «пил».

Дослідження Місяця за допомогою космічних апаратів розпочали в Радянському Союзі ще на початку космічної ери. У 1959 р. АМС серії «Луна» вперше у світі долетіли до Місяця: «Луна-1» стала першою штучною планетою Сонячної системи, «Луна-2» досягла поверхні Місяця, а «Луна-3» сфотографувала зворотний бік Місяця (рис. 70) і передала його зображення на Землю.

У лютому 1966 р. «Луна-9» здійснила м’яку посадку в Океані Бур і вперше у світі передала телевізійний «репортаж» із поверхні іншого світу. Мипобачили, що справді поверхня Місяця вкритапилом, але міцність ґрунту достатня для того, щоб утримати станцію на поверхні. Потім Місяць досліджували АМС

«Луноход-1, 2» (рис. 71), які рухались по поверхні, та АМС «Луна-20, 24», які в автоматичному режимі вперше доставили наЗемлю зразки місячного ґрунту.

21 липня 1969 р. на поверхню Місяця здійснив посадку пілотований космічний корабель «Аполлон-11» (СТТТА), і астронавт Нейл Армстронг зробив перший крок по поверхні іншого світу (рис. 72,73, 74) — так почався новий етап у дослідженні космосу. Усьогона поверхні Місяця побувало 12 астронавтів (рис. 75), які привезли на Землю зразки місячного ґрунту. Дослідження показали, щоповерхня Місяця майже цілковито вкрита тонким шаром пилу тауламками каміння. Цей шар назвали реголітом (з грец.— роздрі-блений камінь). Товщина реголіту змінюється від місця до місцяі становить у середньому кілька метрів. Аналіз реголіту приніс несподівані результати: розміри цих частинок — від мікрометрів дометрів; за хімічним складом мікрочастинки наполовину складаються з оксидів силіцію, і є фактично маленькими скляними кульками, що утворились після падіння мікрометеоритів.

Чи зможе людство колись використати Місяць як базу для космічних поселень (рис. 76)? Якщо врахувати витрати на космічні польоти, то 1 кг місячного ґрунту, який доставили астронавти наЗемлю, оцінюється у стільки ж, скільки коштує 1 т золота, яке добувають на золотих копальнях на Землі. Але головна мета наукових досліджень полягає в тому, щоб на Місяці створити базу длявивчення більш далеких планет. Хоча вага космонавтів у 6 разівменша, ніж на Землі, але ходити по поверхні Місяця у скафандрі не досить зручно, бо сила тертя теж менша. Житлові приміщення можна побудувати під поверхнею, де на глибині кількохметрів удень і вночі зберігається стала температура, а джереломенергії слугуватимуть сонячні електростанції. Великі телескопина поверхні Місяця дозволять отримувати набагато більше інформації про далекі світи, бо там атмосфера відсутня і не впливатимена якість зображення.

Висновки. Місяць — це мертвий світ, у якому відсутнє життя. Протягом мільярдів років космічні «бомбардування» так роздробили верхній шар місячного ґрунту, що він перетворився на «пил». На Місяці побували 12 астронавтів. У майбутньому наукові бази можна створити під поверхнею Місяця.

Контрольнізапитання

1. Чому вода на поверхні Місяця не може існувати в рідкомустані?

2. Чому з поверхні Землі ми бачимо тільки одну півкулю Місяця?

3. За допомогою рухомої карти зоряного неба визначте, на тліякого сузір’я спостерігався Місяць у день вашого народженняпоточного року? Коли він сходив і заходив у цей день?

4. Коли відбулася перша експедиція на Місяць?

Тема для дискусії

Що ви могли б запропонувати для освоєння Місяця в майбутньому?

Планети-гіганти. Фізичні та орбітальні характеристики

Юпітер (рис. 77), який був названий на честь наймогутнішого бога римської міфології, виявився найбільшою планетою Сонячної системи. Основними компонентами атмосфери Юпітера є водень — 86,1 % та гелій — 13,8 %, а у хмарах помічена присутністьметану, Тропосфера аміаку та водяної пари. Верхній шар світлиххмар (рис. 78), де атмосферний тиск сягає 1 атм, має температуру-107 °С і складається з кристаликів аміаку. Шар хмар з домішками сірки, що розташований нижче, має червоний колір (рис. 79).Найнижче розташовані хмари з водяної пари, які утворюються наглибині 80 км від верхніх світлих хмар. Температура і атмосферний тиск із глибиною поступово зростають.

Рівень, де тиск сягає 1 атм, вважають свого роду «поверхнею» планети.

Недавно з’явилися 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 єтеплі та відносно комфортні для існування навіть земних мікроорганізмів.

Полярні сяйва. Юпітер має яскраві стійкі сяйва навколо оби-двох полюсів (рис. 80, 81). На відміну від полярних сяйв на Землі, що з’являються в періоди підвищеної сонячної активності, полярні сяйва Юпітера є постійними, хоча їхня інтенсивність змінюється. Вони складаються з трьох головних компонентів: основна танайяскравіша область порівняно невелика (менше 1000 км завширшки), розташована приблизно на 16° від магнітних полюсів; гарячі плями — сліди магнітних силових ліній, що сполучають іоносфери супутників з іоносферою Юпітера,та області короткочаснихвикидів, розташованих всередині основного кільця.

Положення основних авроральнихкілець стійке, як і їхня форма. Однак їхнє випромінювання сильно модулюється тиском сонячного вітру — чим сильніший вітер, тим слабші полярні сяйва.

Велика рентгенівська пляма

Орбітальним телескопом «Чандра» у грудні 2000 року на полюсах Юпітера (переважно на північному полюсі) виявлене джерело пульсувального рентгенівського випромінювання, назване Великою рентгенівською плямою. Причини цього випромінювання поки що не з’ясовані.

Велика Червона Пляма, яка розташована в південній півкулі Юпітера і за розмірами майже вдвічі більша, ніж Земля (рис. 82,83) є велетенським вихорем в атмосфері, у якому вітер дме з ураганною швидкістю до 100 м/c (світлина АМС «Вояджер», США).Чому цей вихор, який помітили ще 300 років тому, існує до нашого часу, залишається загадкою (рис. 84).

Завдяки дослідженням, виконаним у кінці 2000 року зондом «Кассіні», було з’ясовано, що Велика червона пляма пов’язана з низхідними потоками (вертикальна циркуляція атмосферних мас). Хмари тут розташовані вище, а температура їх нижча, ніж у інших областях. Колір хмар залежить від висоти: синюструктуру мають найвищі, під ними лежать коричневі, потім біліі найнижчі червоні. Швидкість обертання Великої червоної плямистановить 360 км/год. Її середня температура становить -163 °С,причому між окраїнними та центральними частинами плями спостерігається різниця в температурі порядку 3-4 градусів. Ця відмінність, ймовірно, відповідальна за той факт, що атмосферні гази

у центрі плями обертаються за годинниковою стрілкою, в той час як на окраїнах — проти. Також висловлено припущення про взаємозв’язок температури, тиску, руху та кольору Червоної плями, хоча як саме він здійснюється, вченим поки що складно відповісти.

Час від часу на Юпітері спостерігаються зіткнення великих циклонічних систем. Одне із них відбулося 1975 року, в результаті чого червонийколір Плями посвітлішав на кілька років. У кінцілютого 2002 року ще один гігантський вихор — Білий овал — почав гальмуватися Великою червоноюплямою, і зіткнення тривало цілий місяць (рис. 84).Однак воно не завдало значної шкоди обидвом вихорам, оскільки відбулося по дотичній.

1938 року було зафіксовано формування й розвиток трьох великих білих овалів поблизу 30° південної широти. Цей процес супроводжувався одночасним формуванням ще кількох маленьких білих овалів — вихорів. Це підтверджує, що Велика червона пляма є найпотужнішим із юпітеріанських вихорів. Історичні записине виявляють подібних довгоживучих систем у середніх північнихширотах планети. Спостерігалися великі темні овали поблизу 15°північної широти, але, мабуть, необхідні умови для виникненнявихорів і наступного їх перетворення у стійкі системи, подібні доЧервоної плями, існують лише у південній півкулі.

Блискавки (яскраві спалахи в нижньому квадраті), пов’язані зі штормом на Юпітері. В центрі вихору тиск виявляється вищим,ніж у навколишньому районі, а самі урагани оточені збуреннямиз низьким тиском. За знімками, зробленими космічними зондами«Вояджер-1» і «Вояджер-2» (рис. 85), було встановлено, що у центрі таких вихорів спостерігаються колосальні за розмірами спалахи блискавок протяжністю в тисячі кілометрів. Потужність блискавок на три порядки перевищує земні.

Гарячі тіні від супутників. Ще одним незрозумілим явищем є «гарячі тіні». Згідно з даними радіовимірювань, виконаниху 1960-х роках, в місцях, куди на Юпітер падаютьтіні від його супутників, температура помітно зростає, а не знижується, як можна було б очікувати.

Сатурн (рис. 86) — найвіддаленішу планету, яку знали астрономи в стародавні часи, — назвалина честь батька головного бога Юпітера. Після винайдення телескопа виявили, що Сатурн є найкрасивішою планетою Сонячної системи, бо його казкове кільце зачаровує як дітей, так і дорослих. Сатурнне має того розмаїття кольорів, який ми спостерігаємо в атмосфері Юпітера, але структура атмосферицих планет дуже схожа. Жовтуватого кольору верхнім шарам атмосфери Сатурна надають снігові хмари з аміаку. На глибині 300 км від верхніх шарів

хмар розташовуються хмари води, у яких при підвищенні температури сніг перетворюється в дощ. Середня густина Сатурнаменша, ніж води, що свідчить про невелику кількість важких хімічних елементіву ядрі планети. Сатурн, як і Юпітер, маємагнітне поле, радіаційні пояси та є джерелом радіовипромінювання.

Верхні шари хмар отримують енергію як від Сонця, так і з глибини Сатурна. У результаті взаємодії цих потоків енергії виникають сильні вітри, що спрямовані переважно із заходу на схід і швидкістьяких досягає 400 м/с. Через вітри утворюються темні смуги хмар,які розташовані паралельно до екватора.

Сатурн теж випромінює у космос більше енергії, ніж отримує від Сонця. Астрономи недавно виявили дефіцит Гелію в атмосферіСатурна в порівнянні з атмосферою Юпітера і запропонували цікаву гіпотезу про можливе джерело його енергії. На Сатурні Гелій неповністю розчиняється у водні, як це спостерігається на Юпітері,де вищі тиск і температура. У водневій атмосфері Сатурна Гелійутворює краплі, які конденсуються в атмосфері як своєрідний туман і потім випадають у вигляді дощу. Такі гелієві опади у верхніх шарах атмосфери можуть бути джерелом внутрішньої енергії,бо більш густий Гелій (у порівнянні з воднем) опускається ближче до центра. Таким чином, потенціальна енергія крапель Геліюперетворюється в кінетичну енергію, що призводить до підвищення температури в надрах. Із часом гелієві дощі припиняться, томутемпература на Сатурні знизиться.

Сатурн — шоста планета за віддаленістю від Сонця. Навколо Сонця Сатурн обертається за 29,46 земних років на середній відстані 1427 млн км. Екваторіальний діаметр верхньої межі хмар —120 536 км, а полярний — на кілька сотень кілометрів менший.В атмосфері Сатурна міститься 94 % водню і 6 % гелію (за об’ємом).Його маса у 95 разів більша за масу Землі (рис. 87), магнітне полетрохи слабше за земне. Вважається, що Сатурн має невелике ядроз силікатів і заліза, покрите льодом і глибоким шаромрідкого водню.

На відміну від Юпітера, смуги на Сатурні доходять до дуже високих широт — 78°. Спостерігається величезне овальне утворення розміром із Землю, розташованенедалеко від Північного полюса (рис. 88), назване Великою Білою Плямою (рис. 89), виявлено кілька плямменшого розміру. Через більшу, ніж на Юпітері швидкість потоків, ці ураганні вихори швидко згасають і перемішуються зі смугами. Швидкості зональних вітрівпоблизу екватора сягають 400-500 м/с, а на широті 30градусів — близько 100 м/с. Невисока контрастністькольорів на видимому диску Сатурна пов’язана з тим,

що через низькі температури в надхмарній атмосфері Сатурна, де пари аміаку виморожуються, утворюється шар густого туману, який ховає структуру поясів і зон, томуна Сатурні вони помітні не так чітко, як на Юпітері.

Сатурн має помітну систему кілець, що складаються здебільшого з частинок криги, меншої кількості важкихелементів і пилу. Титан — найбільший серед супутниківСатурна — другий за розмірами супутник у Сонячній системі (після супутника Юпітера, Ганімеда), який перевершує за своїми розмірами планету Меркурій і єдиний середсупутників Сонячної системи має досить потужну атмосферу.

Смуги хмар. Сатурну властивий такий самий патерн смуг, як і атмосфері Юпітера, однак на Сатурні ці смуги менш помітні й поблизу екватора значно ширші. Номенклатура для описання цихсмуг така ж, як і для смуг Юпітера. Тонша структура хмарнихсмуг Сатурна не спостерігалась аж до прольоту Вояджера протягом 1980-х. Відтоді, наземна телескопія покращилась настільки,що стали можливими постійні спостереження смуг.

Температура та тиск. Склад хмар залежить від висоти й змінюється зі збільшенням тиску. У верхніх шарах із температурою 100-160 K і тиском 0,5-2 бар хмари складаються з аміачного льоду. Хмари водяного льоду починають утворюватися на рівні, детиск становить близько 2,5 бар, і продовжуються до рівня 9,5 бар,де температура змінюється в межах 185-270 K.

Шестикутник на Північному полюсі. Шестикутник Північного полюсу та його вихор (рис. 90), а також кільця (Постійне хмарне утворення в атмосфері Сатурна поблизу Північного полюсу (на широті 78°), яке має форму шестикутника, було вперше помічено на знімках Вояджера. Сторони шестикутника мають довжинуприблизно 13 800 км, що більше, ніж діаметр Землі. Уся структура обертається з періодом 10 год 39 хв 24 с (що збігається з періодом радіовипромінювання планети). Припускається, що це періодобертання всієї внутрішньої частини Сатурна.

Уран (рис. 91) також належить до числа планет-гігантів: його екваторіальний радіус (25 600 км) майже в чотири рази більший,а маса (8,7 • 1025 кг) — у 14,6 разів більша, ніж у Землі. Вісь йогообертання майже горизонтальна (нахилена під кутом 98° до площини орбіти), а напрямок обертання зворотний напрямку обертаннянавколо Сонця (з усіх інших планет зворотний напрямок обертання спостерігається тільки у Венери).

Подібно до інших планет-гігантів (рис. 92) атмосфера планети Урана складається в основному з водню, гелію та метану, хоча їхнічастки дещо нижчі в порівнянні з Юпітером і Сатурном.

Теоретична модель будови Урана така: його поверхневий шар є газорідкою оболонкою, під якою розташована крижана мантія(суміш водяного й аміачного льоду), а ще глибше — ядро з твердих порід. Маса мантії та ядра становить приблизно 85-90 % усієї маси Урана. Зона твердої речовини сягає 3/4 радіуса планети.

Температура в центрі Урана — близько 10 000 °С, тиск 7-8 млн атмосфер. На межі ядра тиск приблизно на два порядки нижчий.Внутрішнє тепло Урана значно менше, ніж в інших планет-гігантівСонячної системи. Тепловий потік планети дуже низький, і причина цього наразі невідома. Нептун, схожий на Уран за розмірамиі складом, випромінює в космос у 2,61 разів більше теплової енергії, ніж отримує від Сонця. В Урана ж надлишок теплового випромінювання дуже малий, якщо взагалі є. Відсутність надлишковоготеплового випромінювання планети значно ускладнює визначення температури її надр, однак якщо припустити, що температурні умови всередині Урана близькі до характерних для інших планет-гігантів, то там можливе існування рідкої води і, отже, Уранможе належати до планет Сонячної системи, на яких можливе існування життя

Хоча Уран і не має твердої поверхні в звичному розумінні цього слова, найвіддаленішу частину газоподібної оболонки прийнято називати його атмосферою. Вважають, що атмосфера Урана починається на відстані 300 км від зовнішнього шару при тиску 100 барі температурі 320 K.

Атмосфера Урана — незвично спокійна у порівнянні з атмосферами інших планет-гігантів, навіть в порівнянні з Нептуном, який схожий з Ураном як за складом, так і за розміром. Коли«Вояджер-2» наблизився до Урана, то вдалося зафіксувати всього10 смуг хмар у видимій частині планети. Така спокійна атмосфера може бути пояснена надзвичайно низькою внутрішньою температурою. Вона набагато нижча, ніж у інших планет-гігантів. Найнижча температура, зареєстрована в тропосфері Урана, становить49 K (-224 °С), що робить планету найхолоднішою серед планет Сонячної системи — вона навіть холодніша у порівнянні з більш віддаленими від Сонця Нептуном та Плутоном.

Сезонні зміни. Протягом короткого періоду, з березня по травень 2004 року, в атмосфері Урана було помічено активнішу появу хмар, майже як на Нептуні. Спостереження зареєстрували швидкість вітру до 229 м/с (824 км/год) і постійну грозу, названу «феєрверком четвертого липня». 23 серпня 2006 року Інститут дослідження космічного простору (Боулдер, штат Колорадо, США)та Університет Вісконсина спостерігали темну пляму на поверхні Урана, що дозволило розширити знання про зміну пір року націй планеті. Чому відбувається таке підвищення активності, точно невідомо — можливо, «екстремальний» нахил осі Урана призводить до «екстремальних» змін сезонів. Визначення сезонних варіацій Урана залишається лише справою часу, адже перші якіснівідомості про його атмосферу були отримані менше ніж 84 рокитому (рік на Урані триває 84 земних років). Вісь обертання Урана лежить майже у площині орбіти (рис. 93, 94), тому там тропікизбігаються з полярним колом. Тривалість сезонів на Урані 21 земний рік. Осьове обертання Урана, як і Венери, відбувається у напрямку, протилежному напрямку обертання інших планет Сонячної системи.

Нептун (рис. 95) розташовується на околиці Сонячної системи і є першою планетою, відкритою завдяки математичним розрахункам, а не шляхом регулярних спостережень. Припущення про наявність планети були пов’язані з непередбаченими змінамив орбіті Урана, гравітаційні сили якої могли призвести до появи цих відхилень. Згодом Нептун було знайдено неподалік розрахованого місцерозташування.

Нептун має період обертання 164,8 земного року і рухається навколо Сонця еліптичною, близькою до кругової, орбітою; його середня відстань від Сонця у 30 разів більша, ніж у Землі, і становить приблизно 4497 млн км.

Через довгий орбітальний період Нептуна сезони тривають близько 40 років кожний. Оскільки Нептун не має твердої поверхні, його атмосфері властиве диференціальне обертання. Широка екваторіальна зона обертається з періодом приблизно 18 годин, щоповільніше, ніж 16-годинне обертання магнітного поля планети.На противагу екватору, полярні області роблять оберт за 12 годин.Серед усіх планет Сонячної системи такий вид обертання найбільшяскраво виражений саме у Нептуна. Це призводить до сильногоширотного зрушення вітрів.

Під хмарами (рис. 96) температура атмосфери поступово підвищується до +700 °С, тому вода там не може перебувати в рідкому стані. Більш реальною є гіпотеза про водяні хмари з розчином аміаку, густина яких може перевищувати густину рідкої води в кілька разів. Швидкість вітрів у хмарах сягає фантастичної величини — 500 м/с.

На Нептуні виявлений велетенський вихор із діаметром понад 1000 км, який має назву Велика чорна пляма (рис. 97, 98). Темні вихри Нептуна — це системи високого тиску і, як правило, супроводжуються яскравими «супутніми хмарами», які також зараз видно на далекій планеті. Яскраві хмари утворюються, колипотік навколишнього повітря порушується і переміщується вгорунад темним вихором, через що гази можуть замерзати в кристалах льоду метану.

Висновки. Планети-гіганти за хімічним складом нагадують зорі, вони не мають твердої поверхні, тому на них ніколи не зроблять посадку пілотовані космічні кораблі. Під холодними хмарами гіганти мають гарячі надра, температура яких сягає десятків тисяч градусів. Однією з таємниць залишається джереловнутрішньої енергії планет-гігантів, адже всі вони, за виняткомУрана, випромінюють у космос більше енергії, ніж отримуютьвід Сонця.

І Контрольні запитання

1. Які особливості у планет-гігантів?

2. Чому Юпітер можна вважати дуже схожим на зорю?

3. Що викликає гелієві дощі на Сатурні?

4. Чим обумовлена зміна пір року на Урані?

5. Яка природа Великої чорної плями на Нептуні?

Тема для дискусії

Чому виникли гіпотези про можливе життя у хмарах Юпітера? Завдання для спостереження

1. За допомогою астрономічного календаря відшукайте на небіЮпітер та Сатурн і визначте, у якому сузір’ї спостерігаютьсяці планети.

2. Які планети-гіганти видно сьогодні у вечірній час?

Супутники планет. Кільця планет

Супутники Марса. Марс має два супутники: Фобос і Деймос (рис. 99). Фобос робить повний оберт навколо Марса за 7 годин39 хвилин. Супутник перебуває на відстані 6000 км від поверхніпланети. Це ближче межі Роша, і без внутрішнього опору супутник було б розірвано на частини припливними силами. Ці сили також сповільнюють рух Фобо-са і, можливо, призведуть дозіткнення супутника з Марсом менш ніж через 100 млнроків. Деймос розташованийна більш віддаленій орбіті,і припливні сили зумовлюють подальше віддалення відпланети. Фобос і Деймос видно на Марсі не з усіх місцьчерез їхні невеликі розміри,близькість до планети й приекваторіальні орбіти. Оскільки орбітаФобоса перебуває нижче синхронної висоти, припливні сили відпланети Марс поступово знижують свою орбіту. Упродовж приблизно 50 млн років вони можуть зіткнутися на Марсі або розбитись на кільцеву структуру навколо планети.

Супутники і кільця Юпітера. Станом на червень 2017 р. було відомо про 69 супутників Юпітера, завжди звернених до нього одним боком (внаслідок припливних сил). Дослідження планети триває, тому на липень 2018 р. кількість виявлених супутників Юпітера зросла до 79. Найбільші супутники Юпітера — Іо, Ганімед,Каллісто та Європу (рис. 100) — називають Галілеєвою групою.

Супутники Юпітера можна розділити на кілька груп. Внутрішні супутники обертаються майже круговими орбітами, що практично лежать у площині екватора планети. Чотири найближчі до планети супутника Адрастея, Метида, Амальтея і Теба діаметромвід 40 до 270 км перебувають на відстані 1-3 радіусів Юпітера й наближаються до межі Роша.

Зовнішня група складається з маленьких (діаметром від 10 до 180 км) супутників, що рухаються витягнутими й дуже нахиленими до екватора Юпітера орбітами. Чотири ближчі до Юпітерасупутники Леда, Гімалія, Лісітея, Елара рухаються в напрямкуобертання Юпітера, а чотири зовнішні супутники Ананке, Карме,Пасіфе і Сінопе рухаються у зворотному напрямку.

За допомогою наземних телескопів нового покоління групою астрономів з Астрономічного інституту Гавайського університету було відкрито ще 47 супутників Юпітера: спочатку діаметром4-10 км (наприкінці 2000 р.), потім — діаметром від 2 до 4 км

(2001 р.).

За кількістю супутників Юпітер обігнав Сатурн 2011 р. Останні супутники були відкриті в липні 2018 р.

Галілеєві супутники

Всі великі супутники Юпітера обертаються синхронно та завжди повернуті до Юпітера одним боком внаслідок впливу потужних припливних сил планети-гіганта (рис. 101, 102). При цьому Га-німед, Європа та Іо перебувають один з одним в орбітальному резонансі 4:2:1. До того ж серед супутників Юпітера існує закономірність: чим далі супутник від планети, тим менша його густина(в Іо — 3,53 г/см³, Європи — 2,99 г/см³, Ганімеда — 1,94 г/см³,Каллісто — 1,83 г/см³). Це залежить від кількості води на супутнику: на Іо її практично немає, на Європі — 8 %, на Ганімеді й Каллісто — до половини їхньої маси.

Європа

Найцікавішою є Європа, що має глобальний океан, в якому не виключена можливість існування життя. Спеціальні дослідженняпоказали, що океан простягається вглиб на 90 км, його об’єм перевищує об’єм земного Світового океану (рис. 104). Поверхня Європи вкрита розломами та тріщинами, що виникли у крижаномупанцирі супутника (рис. 103). Висловлювалося припущення, щоджерелом тепла для Європи є сам океан, а не ядро супутника. Існування підлідного океану передбачається також на Каллісто таГанімеді. Базуючись на припущенні про те, що за 1-2 млрд роківкисень міг потрапити у підлідний океан, вчені теоретично передбачають наявність життя на супутнику.

Іо цікавий наявністю потужних діючих вулканів; поверхня супутника залита продуктами вулканічної активності (рис. 105). На фотографіях, зроблених космічними зондами, видно, що поверхняІо має яскраво-жовте забарвлення з плямами коричневого, червоного та темно-жовтого кольорів.

Ці плями — продукт вивержень вулканів Іо, що складаються переважно з сірки та її сполук; колір вивержень залежить від їхньої температури.

Ганімед є найбільшим супутником не лише Юпітера, а й взагалі у Сонячній системі серед усіх супутників планет. Ганімед і Каллісто покриті численними кратерами, на Каллісто багато які з них оточені тріщинами.

Каллісто

На Каллісто (рис. 106), ймовірно, також є океан під поверхнею супутника; на це опосередковано вказує магнітне поле Каллісто,яке може бути породжене наявністю електричних струмів у солоній воді всередині супутника (рис. 107). Також на користь цієї гіпотези свідчить той факт, що магнітне поле у Каллісто змінюється залежно від її орієнтації на магнітне поле Юпітера, тобто існуєвисокопровідна рідина під поверхнею цього супутника (рис. 107).

Малі супутники

Інші супутники набагато менші та є скельними тілами неправильної форми. Серед них є такі, що обертаються у зворотний бік. Серед малих супутників Юпітера досить цікавою для вченихє Амальтея: ймовірно, всередині неї існує система порожнин, щовиникли в результаті катастрофи, яка відбулася в далекому минулому — через метеоритне бомбардування Амальтея розпалася начастини, які потім знову з’єдналися під дією взаємної гравітації,але так і не стали єдиним монолітним тілом.

Метіда та Адрастея — найближчі до Юпітера супутники з діаметрами приблизно 40 км і 20 км відповідно. Вони рухаються по краю головного кільця Юпітера по орбіті радіусом 128 тис. км, виконуючи оберт навколо Юпітера за 7 годин, що робить їх найшвидшими супутниками Юпітера.

Загальний діаметр всієї системи супутників Юпітера становить 24 млн км. Більше того, вважається, що раніше супутників у Юпітера було ще більше, але деякі з них впали на планету під дією їїпотужної гравітації.

Кільця

Космічний апарат «Вояджер-1» у березні 1979 р. вперше сфотографував систему слабких кілець завширшки близько 1000 км і завтовшки не більше 30 км, що обертаються навколо Юпітера навідстані 57 тис. км від хмарного покриву планети. На відміну відкілець Сатурна, кільця Юпітера темні: альбедо (відбивна здатність)0,05 і, ймовірно, складаються з дуже невеликих твердих частинокметеорної природи (рис. 108). Частинки кілець Юпітера, швидше за все, не залишаються в них довго (через перешкоди, створювані атмосферою й магнітним полем). Отже, раз кільця нестійкі,вони мають постійно поповнюватися. Невеликі супутники Метисі Адрастея, чиї орбіти лежать у межах кілець, — очевидні джерела таких поповнень. З Землі кільця Юпітера можуть бути помічені при спостереженні тільки в ІЧ-діапазоні.

Супутники і кільця Сатурна. Візитною карткою Сатурна є відомі кільця (рис. 109, 110), що оперізують планету навколо екватора й складаються з безлічі крижаних частинок розмірами від 1 мм до кількох метрів. Вісь обертання Сатурна нахилена до площини його орбіти на 2644', тому під час руху орбітою кільця змінюють свою орієнтацію відносно Землі. Коли площина кілець перетинає Землю, навіть у середні телескопи побачити їх неможливо,тому що товщина кілець — лише кілька десятків метрів, хоча їхняширина сягає 137 тис. км. Кільця обертаються навколо Сатурна

і, відповідно до законів Кеплера, швидкість обертання внутрішніхчастин кільця більша, ніж зовнішніх.

Існують три головні кільця, названі A, B і C. Вони добре помітні з Землі. Слабші кільця називають D, E та F. При ближчому розгляді кілець виявляється дуже багато. Між кільцями існуютьщілини, де немає частинок. Найбільшу щілину, яку можна побачити у середній телескоп із Землі (між кільцями А і В), названощілиною Кассіні (рис. 111). Ясними ночами у потужні телескопиможна побачити й менш помітні щілини.

Є дві основні гіпотези про походження кілець. Перша з них каже, що кільця є залишками знищеного супутника Сатурна.Друга стверджує, що кільця є залишками протопланетної хмари,з якої утворилися всі тіла Сонячної системи. Всередині межі Роша,де обертається більша частина кілець, утворення супутників неможливе через гравітаційний вплив планети, що руйнує всі більш-менш значні тіла. Частинки кілець багаторазово зіштовхуються,руйнуються і злипаються знову. У кільці E частина льоду з’являється завдяки гейзерам Енцелада.

Сатурн має близько 60 супутників (до 2000 р. було відомо 18) і 12 із них — понад 100 км у діаметрі (рис. 112).

Орбіта внутрішніх супутників, Пана і Атласа, лежить біля зовнішнього краю кільця А. Наступний супутник, Прометей, відповідає за щілину, що прилягає до внутрішнього краю кільця F. Потім — Пандора, відповідальна за утворення іншої межі кільця F. Вони виявлені на фотографіях, зроблених із космічних апаратів.Наступні два супутники — Епіметей і Янус — виявлені з Землі,вони поділяють спільну орбіту. Різниця у відстані до Сатурна становить лише 30-50 км.

Мімас незвичайний тим, що на ньому виявлено один величезний кратер, названий Гершелем, який має розмір із третину супутника. Його вкрито тріщинами, які, імовірно, зумовлені припливними деформаціями, оскільки серед супутників Сатурна Мімас — найближчий до планети. Розмір Гершеля — 130 км. Вінзаглиблений у поверхню на 10 км, з центральною гіркою, майжетакою самою за висотою, як і гора Еверест на Землі (рис. 113).

Енцелад має найактивнішу поверхню з усіх супутників у системі (можливо, за винятком Титана, чия поверхня не фотографувалася). На ньому видно сліди потоків, що зруйнували колишній рельєф, тому вважається, що надра цього супутника можуть бутиактивні й досі (рис. 114). Крім того, хоча кратери можуть спостерігатися на всій поверхні, на деяких ділянках ці утворення мають невеликий вік, кілька сотень мільйонів років. Це має означати, що частина поверхні Енцелада усе ще змінюється. Вважається,що причиною активності є вплив припливних сил Сатурна, які розігрівають Енцелад.

Рея має стару, суцільно всіяну кратерами поверхню. На ній, як і на Діоні, виділяються яскраві тонкі смуги. Ці утворення, мабуть, складаються з льоду, що заповнює розломи в корі супутників (рис. 115).

Супутники і кільця Урана. Уран має 27 супутників (рис. 116) та систему кілець (рис. 117). Всі супутники отримали назви начесть персонажів творів Вільяма Шекспіра та Александра Поупа.Перші два супутники — Титанію і Оберон — 1787 р. відкрив Ві-льям Гершель. Ще два сферичні супутники (Аріель та Умбріель)були відкриті 1851 р. Вільямом Ласселом. У 1948 р. Джерард Кой-пер відкрив Міранду. Останні супутники були відкриті після 1985р. під час місії «Вояджера-2» або за допомогою вдосконалених наземних телескопів.

Супутники Урана можна поділити на три групи: 13 внутрішніх, 5 великих і 9 нерегулярних. Внутрішні супутники — невеликі, темні об’єкти, схожі за характеристиками та походженням на кільця планети.

П’ять великих супутників досить масивні, щоб гідростатична рівновага надала їм сфероїдальної форми. На чотирьох з них помічено ознаки внутрішньої і зовнішньої активності, такі як формування каньйонів і гіпотетичний вулканізм на поверхні. Найбільший з них, Титанія, має в діаметрі 1578 км і є восьмим завеличиною супутником у Сонячній системі. Її маса у 20 разів менша від земного Місяця. Нерегулярні супутники Урана мають еліптичні і дуже нахилені (здебільшого ретроградні) орбіти на великійвідстані від планети.

Супутники і кільця Нептуна. Нептун також має кільця — два широкі і два вузькі (рис. 118). Їх було відкрито 1981 р. підчас затемнення Нептуном однієї з зірок. Одне з кілець має складну викривлену структуру. Подібно урановим і юпітеровим, кільця Нептуна дуже темні і будова їхня невідома. Можливо, кільцяскладаються з льоду, покритого силікатами чи вуглецевмісним матеріалом, що надає їм червонуватого відтінку. Їм дали такі назви: зовнішнє — Адамс (яке містить три дуги, що виділяються, якіохрестили Свободою, Рівністю і Братерством), потім — безіменнекільце, що збігається з орбітою супутника Нептуна Галатеї, слідом — Левер’є (чиї зовнішні розширення названі Ласселл і Ара-го), і, нарешті, слабке, але широке кільце Галле. Як видно, назвикілець увічнили тих, хто брав участь у відкритті Нептуна.

Супутники Нептуна. Тритон (рис. 119) має чотирнадцяту зоряну величину і є найбільшим серед супутників Нептуна. Відстань від Нептуна 394 700 км, сидеричний період обертання 5 діб 21 год.3 хв., діаметр близько 2 707 км, що на 769 км менше від діаметраМісяця, хоча маса його у 3,5 раза менша. Це єдиний супутник Сонячної системи, який обертається навколо своєї планети в протилежний бік від обертання самої планети навколо своєї осі. Є версії, що Тритон — захоплена колись Нептуном самостійна планета.

У Тритона було виявлено незначну газову оболонку, тиск якої на поверхні в 70 000 разів менший від земного атмосферного тиску.Походження цієї атмосфери, що мала б давно розсіятися, пояснюють частими виверженнями на супутнику, що поповнюють її газами. Коли було отримано знімки Тритона, на його крижаній поверхні справді помітили гейзероподібні виверження азоту (рис. 121)і темних частинок пилу різного розміру. Все це розсіюється в навколишньому просторі. Є припущення, що після захоплення Нептуном супутник було розігріто припливними силами, і він був навіть рідким перший мільярд років після захоплення. Можливо,у надрах своїх він, як і раніше, зберіг цей агрегатний стан.

Другий за величиною та найбільший внутрішній супутник Нептуна — Протей. Він обертається навколо Нептуна майже поекваторіальній орбіті на відстані близько 4,75 екваторіальних радіусів планети. Оскільки він розташований дуже близько до Нептуна, його дуже важко спостерігати з Землі. Супутник був відкритий «Вояджером-2».

Третій за розмірами супутник Нептуна — Нереїда. Середня відстань від Нептуна 6,2 млн км, діаметр близько 340 км. Нереїда — найвіддаленіший супутник Нептуна (серед відомих). Вона робитьодин оберт навколо планети за 360 днів. Орбіта Нереїди дуже витягнута, її ексцентриситет становить 0,75. Найбільша відстань відсупутника до планети перевищує найменшу в 7 разів.

Висновки. Супутники планет Сонячної системи мають різноманітні фізичні характеристики. Поверхня більшості супутників покрита снігом і льодом, а на супутниках Юпітера Європі, Гані-меді й Каллісто, можливо, існують океани рідкої води. Найбільший супутник Сатурна Титан оточений густою атмосферою, і найого поверхні можуть бути океани метану. У метанових морях занизьких температур органічні сполуки могли б утворити формижиття, які не схожі на земні, — там замість води розчинникомміг би служити рідкий метан. Супутники планет у майбутньомуможуть стати космічними базами для освоєння Сонячної системи.

Контрольні запитання

1. Чим пояснюється дивовижне забарвлення Іо?

2. Про що свідчать численні кратери на супутниках Юпітера?

3. Які супутники планет мають атмосферу?

4. Що спричиняє існування досить густої атмосфери на Титані?

Тема для дискусії

Поверхню яких супутників можна використати для побудови космічних поселень?

Завдання для спостереження

За допомогою бінокля або шкільного телескопа можна спостерігати Галілеєві супутники Юпітера. Визначте моменти затемнення одного з цих супутників — коли він зникає за диском Юпітера.

Карликові планети

Уперше цей новий клас тіл Сонячної системи визначили у серпні 2006 р. на з’їзді Міжнародного Астрономічного Союзу(МАС) у Празі. Тоді ж було змінено статус Плутона, який до цього був дев’ятою планетою Сонячної системи: відтепер він став першою планетою-карликом. Після відкриття Нептуна у 1846 р. майже ціле століття астрономи шукали дев’яту планету, яка моглавикликати невеликі збурення орбіти Урана, тому що гравітаційним впливом Нептуна можна пояснити тільки 98 % збурень орбіти цієї планети.

Тільки 18 лютого 1930 р. в Ловеллській обсерваторії (США) Клайд Томбо відкрив невідому планету, яка отримала назву Плутон(рис. 122.) на честь міфічного бога підземного царства. У 1978 р.астрономи звернули увагу на те, що на фотографії Плутона видноневеликий виступ на його дискові. Продовжуючи спостереження,учені дійшли висновку, що у Плутона є супутник, який отримавназву Харон (рис. 123). Він обертається навколо планети з періодом 6,4 доби.

У 2006 р. за допомогою космічного телескопа «Габбл» були відкриті ще два невеликі супутники Плутона — Нікс і Гідра. У зв’язку з тим, що Плутон має дуже витягнуту орбіту з великим, у порівнянні з іншими планетами, ексцентриситетом (е = 0,25), і за масою і розмірами набагато менший за інші планети Сонячної системи,деякі астрономи вважають, що Плутон був колись супутникомНептуна, адже Юпітер, Сатурн, Нептун і Земля мають набагатобільші за нього супутники. Статус Плутона як планети поступовоставав підозрілим ще й тому, що його орбіта нахилена під значнимкутом до площини екліптики у порівнянні з будь-якою планетоюСонячної системи і трохи нагадує орбіти комети. У 1951 р., аналізуючи орбіти комет, астроном Ж. Койпер передбачив існування заНептуном поясу астероїдів, який тепер офіційно назвали поясомКойпера. Астрономічні спостереження за допомогою сучасних телескопів підтвердили цю гіпотезу у 1990 р., коли за Плутоном почали відкривати нові об’єкти поясу Койпера. З наукової точки зорустало очевидним, що Плутон більше схожий на членів цієї групи,ніж на інші 8 планет Сонячної системи. У липні 2005 р. відкрили новий об’єкт поясу Койпера, який був навіть більший за Плутон, тому деякі астрономи стали називати його десятою планетою.Нову планету неофіційно прозвали Ксеною (з грец. xena — чужа)

(рис. 124). Це відкриття стало фатальним ударом для статус-кво дев’яти планет, оскільки, якщо Плутон вважають планетою, тоКсена теж має належати до класу планет. Тому перед астрономами постало запитання: що робити з іншими об’єктами поясу Кой-пера, які трохи менше ніж Плутон, адже в майбутньому на околицях Сонячної системи можуть відкрити ще більші тіла?

Для вирішення цієї проблеми в Міжнародному Астрономічному Союзі був створений спеціальний комітет, який запропонував модифікувати визначення планети, додавши, що планета має бутине тільки круглої форми, а й повинна також бути єдиним тіломна своїй орбіті. За цим визначенням Плутон утратив статус планети, оскільки він один із багатьох об’єктів поясу Койпера, і дотого ж його орбіта фактично перетинається з орбітою Нептуна.У 2006 р. Плутон був позначений астероїдним номером 134 340;офіційну назву й номер отримав і об’єкт з умовною назвою «Ксена». Він тепер має номер 136 199 та назву Ерида.

Карликові планети — це досить великі тіла Сонячної системи. Настільки великі, що власна гравітація надала їм рівноважної форми, яка близька до кулястої. Але на відміну від планет, їхня маса менша, тому їм не вдалося «розчистити» околиці своєї орбіти від інших подібних тіл.

На грудень 2010 р. зареєстровано три планети-карлики: Цере-ра, Плутон, Ерида. Ерида (рис. 125, 126) — друга за розміром після Плутона, наймасивніша і найбільш віддалена від Сонця карликова планета Сонячної системи. Точно визначити розміри настількидалекого небесного тіла дуже важко. Яскравість об’єкта пропорційна площі поверхні, помноженої на альбедо (частку сонячнихпроменів, що відбиваються об’єктом). Щоправда, Ерида настільки яскрава, що навіть якщо її альбедо дорівнює 1, її діаметр повинен бути не менше 2300 км. Останні отримані дані дозволяютьстверджувати, що Ерида менша від Плутона.

Спектроскопічні спостереження, виконані 25 січня 2005 р. в обсерваторії «Джеміні», показали наявність на поверхні Еридиметанового снігу, чим вона схожа на Плутон і супутник НептунаТритон. Цим пояснюється високе альбедо об’єкта. Також в її снігує домішка азотного льоду, частка якого зростає з глибиною. Ерида відрізняється від Плутона і Тритона кольором. Плутон і Тритончервонуваті, а вона — сірувата. Це пов’язано з наявністю на Еридітакож етанового та етиленового льоду. У жовтні 2011 р. були опубліковані результати досліджень, згідно з якими тонкий шар замерзлих газів, що покриває поверхню Ериди, може сублімуватисяза підвищення температури (в перигелії) та утворювати тимчасову атмосферу карликової планети. Ймовірно, атмосфера у Еридиз’явиться через 250 років, у середині XXIII ст.

За діаметра близько 950 км Церера є найбільшим і наймасив-нішим тілом у поясі астероїдів (рис. 127). За розміром вона перевершує багато великих супутників планет-гігантів та містить

майже третину (32 %) загальної маси поясу. Сучасні спостереження довели, що вона має кулясту форму, на відміну від більшості інших малих тіл, які мають неправильну форму через низьку гравітацію. Є ознаки того, що Церера має тонку атмосферу з водяноїпари, яка утворюється з льодової поверхні планети.

Висновки. Карликові планети — це досить великі тіла Сонячної системи. Настільки великі, що власна гравітація надала їм рівноважної форми, яка близька до кулястої. Але на відмінувід планет, їхня маса менша, тому їм не вдалося «розчистити»околиці своєї орбіти від інших подібних тіл.

І Контрольні запитання

1. Коли було відкрито Плутон?

2. Чому Плутон позбавили статусу планети?

 

Це матеріал з підручника Астрономія 11 клас Пришляк (профільний рівень) під керівництвом Яцківа Я. С.