Светила (Солнце. Луна). Планеты (Венера, Марс, Меркурий, Юпитер, Сатурн, Нептун, Плутон, Уран)

Источником Солнечной энергии является реакция превращения водорода в гелий со скоростью 600 миллионов тонн в секунду. При этом в ядре Солнца выделяется свет и тепло. Температура в ядре достигает 15 миллионов градусов.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]Солнце является горячим вращаюшимся шаром, состоящим из светящегося газа. Радиус Солнца 696 т. км. Диаметр Солнца : 1392000 км (109 диаметров Земли).

Солнечная атмосфера (хромосфера и солнечная корона) очень активна, в ней наблюдаюся различные явления: вспышки, протуберанцы, солнечный ветер (постоянное истечение вещества короны в межпланетное пространство).

Протуберанцы (от лат. protubero вздуваюсь), громадные, протяженностью до сотен тысяч километров, языки раскаленного газа в солнечной короне, имеющие большую плотность и меньшую температуру, чем окружающая их плазма короны. На диске Солнца наблюдаются в виде темных волокон, а на его краю в виде светящихся облаков, арок или струй. Их темперагура может достигать до 4000 градусов.

Солнечная вспышка, самое мощное проявление солнечной активности, внезапное местное выделение энергии магнитных полей в короне и хромосфере Солнца. При солнечных вспышках наблюдаются: увеличение яркости хромосферы (8-10 мин), ускорение электронов, протонов и тяжелых ионов, рентгеновское и радиоизлучение.

Солнечные пятна, образования в фотосфере Солнца, развиваются из пор, могут достигать 200 тыс. км в поперечнике, существуют в среднем 10-20 суток. Температура в солнечных пятнах ниже температуры фотосферы, вследствие чего они в 2-5 раз темнее фотосферы. Часто пятна появляются группами. Солнечные пятна образуются, когда на поверхности Солнца сгущаются линии магнитного поля. Магнитное поле препятствует переносу энергии из глубин Солнца, поэтому пятна выглядят более холодными, более темными и как будто бы более глубокими по сравнению с окружающей поверхностью. Солнечные пятна живут несколько дней, а потом распадаются. Число солнечных пятен постоянно меняется в соответствии с активностью Солнца. Каждые 5 ½ лет Солнце проходит от максимума к минимуму активности. Минимум солнечной активности произошел два года назад. Солнце и солнечные пятна никогда нельзя наблюдать непосредственно.

Вращение Солнца вокруг оси, происходит в том же направлении, что и Земли (с запада на восток).Один оборот относительно Земли совершается за 27,275 сут (синодический период обращения), относительно неподвижных звезд за 25,38 сут (сидерический период обращения).

Затмения солнечные и лунные, происходят либо когда Земля попадает в тень, отбрасываемую Луной (солнечные затмения), либо когда Луна попадает в тень Земли (лунные затмения).

Длительность полных солнечных затмений не превышает 7,5 мин, частных (большой фазы) 2 ч. Лунная тень скользит по Земле со скоростью ок. 1 км/с, пробегая расстояние до 15 тыс. км, ее диаметром ок. 270 км. Полные лунные затмения могут длиться до 1 ч 45мин. Затмения повторяются в определенной последовательности через период времени в 6585 1/3 сут . Ежегодно бывает не более 7 затмений (из них не более 3 лунных).

Активность солнечной атмосферы переодически повторяется, 11-летний переод.

Солнце - основной источник энергии для Земли, оно оказывает влияние на все земные процессы. Земля находится на удачном расстоянии от Солнца, поэтому на ней сохранилась жизнь. Солнечное излучение создает пригодные для живых организмов условия. Если бы Земля была ближе - она была бы слишком горячей, и наоборот.

Поверхность Венеры разогрета почти до 500 градусов и давление атмосферы огромно, поэтому встретить там жизнь практически невозможно. Марс находится дальше от Солнца, для человека там слишком холодно, иногда температура ненадолго поднимается до 16 градусов. Обычно же на этой планете сильные морозы, при которых замерзает даже углекислый газ, из которого состоит атмосфера Марса.

Как долго будет существовать Солнце?

Каждую секунду Солнце перерабатывает около 600 млн. т. водорода, производя при этом примерно 4 млн. т. гелия. Сопоставляя такую скорость с массой Солнца, возникает вопрос: как долго просуществует наше светило? Совершенно ясно, что Солнце не будет существовать вечно, хотя впереди у него невероятно долгая жизнь. Сейчас оно находится в среднем возрасте. На переработку половины своего водородного топлива у него ушло 5 млрд. лет. В грядущие годы Солнце будет медленно разогреваться и немного увеличиваться в размере. В течение следующих 5 млрд. лет его температура и объем будут постепенно возрастать по мере того, как водород будет сгорать. Когда весь водород в центральном ядре израсходуется, Солнце будет в три раза больше, чем теперь. Все океаны на Земле выкипят. Умирающее Солнце поглотит Землю и превратит твердую породу в расплавленную лаву. В глубине Солнца ядра гелия будут комбинироваться, образуя ядра углерода и более тяжелых веществ. В конечном счете, Солнце остынет, превратившись в шар ядерных отходов, так называемый белый карлик.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]Луна - ночное светило
Луна - единственный естественный спутник Земли. Кроме того, Луна - единственный большой спутник у планет земной группы. Ее масса составляет 0,0123 массы Земли или приблизительно 1/81 или 7.35-10   кг. Диаметр Луны чуть больше четверти земного (0,273) или 3476 км. Луна - это большой спутник. Только Ио, Ганимед, Каллисто (спутники Юпитера), Титан (спутник Сатурна) и Тритон (спутник Нептуна) имеют большие размеры и массу. Землю и Луну иногда называют двойной планетой.

Даже невооруженному глазу видны различные детали лунной поверхности и в первую очередь моря - обширные темные образования и материки - светлые области. Светлые и темные области придают очертание лица на Луне. Не даром в народе говорят: "Лицом, как полная Луна". В бинокль или небольшой телескоп можно различить горы и круглые кратеры, заметить, что моря, мало покрыты кратерами, а материки ими испещрены вдоль и поперек. На первом этапе попытайтесь узнать Море Дождей и Море Ясности . Узнайте Море Спокойствия, Море Изобилия и Море Нектара, которые при наблюдениях невооруженным глазом кажутся "клешнями рака". На восточном краю диска Луны хорошо заметно Море Кризисов, имеющего четкую овальную форму. Попытайтесь зарисовать поверхность Луны и отождествить на ней перечисленные моря. Из кратеров вы наверняка заметите наверху кратер Тихо с расходящимися от него почти по всей поверхности Луны белыми лучами и похожий на него кратер Коперник, расположенный в Море Дождей.

Конечно, никаких морей на Луне нет. Луна безжизненное тело лишенное атмосферы. При таких условиях вода в жидком состоянии находиться не может. А за миллиарды лет своего существования и лед с поверхности Луны сублимировал. Недавно с искусственного спутника Луны на дне одного из кратеров, расположенного на южном полюсе Луны, обнаружили гигантский ледяной айсберг. Ясно, что этот лед занесен на Луну извне. Астрономы считают, что в недавнем прошлом с Луной столкнулась комета, часть ледяного ядра которой, не успевшее расплавиться и испариться осело на дне этого кратера. А так как солнечные лучи туда не проникают, то лед сохранился в течение длительного времени. Ученые считают это очень удачной находкой, так как она решает многие проблемы с будущим освоением Луны.

Согласно современным представлениям кратеры, которые в изобилии покрывают поверхность Луны образовались при столкновении крупных метеорных тел и небольших астероидов с поверхностью в конце первого миллиарда лет жизни Луны. Столкновения с очень крупными астероидами вызвали гигантские разломы в лунной поверхности, через которые вытекала жидкая расплавленная лава. Из-за малости силы тяжести на Луне лава сравнительно легко растекалась и покрыла гигантские пространства поверхности Луны, дав начало лунным морям и океанам. Не удивительно, что поверхность морей ровная и без кратеров, а ее цвет отличается от цвета более древних материковых пород. Столкновения с крупными метеоритами происходят и в настоящее время. Так, в английских хрониках Гервасий Кентерберийский пишет: пять человек под присягой поклялись, что 18 июня 1178 г. видели, как "верхний рог молодой Луны раскололся на две части". Из середины этого разлома внезапно выскочил пылающий факел, разбрызгивая во все стороны огонь, раскаленные угли и искры на большое расстояние". Как полагают ученые наблюдавшаяся картина сопровождала падение крупного метеорита на невидимую сторону Луны, в результате которого образовался 20-и километровый кратер Джордано Бруно. Так что не исключено, что вы при своих наблюдениях Луны станете свидетелями необычных явлений на ее поверхности.

На Луне, как считалось, нет воды. Об этом говорили многочисленные спектроскопические и химические исследования. Но в 1994-м году новые исследования дали, кажется, другую информацию: вблизи южного полюса Луны, где никогда не бывает высоко стоящего над горизонтом Солнца, самого по себе редко там появляющегося, обнаружены следы воды. Лед мог там сохраниться, так как температура в тех областях не поднимается выше нуля. Для будущих возможных научных станций на Луне это имеет большое значение, добыть воду из пород на Луне, вероятно, окажется дешевле, чем доставлять ее с Земли. Луна имеет меньшую, чем Земля плотность. Это потому, что там почти нет тяжелых элементов типа железа и никеля. По одной из версий, в начальной стадии формирования еще жидкой Земли, когда вещества уже почти перераспределились на слои: тяжелые расположились ближе к центру (железо), а легкие (кремний и др.) - у поверхности, тело, схожее по размерам с Марс вскользь задело Землю, оторвав часть ее наружных слоев, из которых, якобы, и образовалась более легкая Луна. Поэтому у Луны нет железного ядра и собственного магнитного поля. В целом, вещество Луны имеет тот же состав, что и земная кора, если говорить о поэлементном анализе. Одни и те же элементы на Земле и Луне образуют преимущественно разные соединения.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]На небосклоне Меркурий не отходит далеко от Солнца - максимум на 29°. Виден он либо перед восходом Солнца (утренняя видимость), либо после захода (вечерняя видимость) и только вблизи элонгаций (максимальных угловых удалений от Солнца). Но даже в эти периоды увидеть его не всегда можно из-за значительного наклона его орбиты к эклиптике. Меркурий виден невооруженным глазом. В периоды видимости блеск его составляет в максимуме около -1. Солнечные сутки на Меркурии длятся 176 земных суток и почти 2 года Меркурия. Такое явление происходит из-за соотношения между периодами обращения планеты вокруг оси и вокруг Солнца. Быстро мчась по орбите, Меркурий лениво поворачивается вокруг своей оси.

Атмосферы на Меркурии почти нет, условия там никак не пригодны для жизни. У Меркурия есть слабое магнитное поле. В 1631 году впервые наблюдалось прохождение Меркурия по диску Солнца, предсказанное Кеплером. Лишь в 1965 году измерен период обращения планеты вокруг оси, раньше считалось, что он всегда повернут к Солнцу одной стороной, как Луна к Земле. С помощью методов радиолокации выявлено, что Меркурий, все же, быстрее делает один оборот вокруг оси, чем виток вокруг Солнца.

Поверхность Меркурия напоминает Лунную, покрыта кратерами, на ней есть образования, схожие с лунными морями, за которыми и оставлено это названия. Кроме того, крупные подобные образования получили название бассейнов. Лучшие изображения Меркурия получены американским "Маринером 10", выведенном на орбиту, двигаясь по которой, он трижды в 74-75-х годах с промежутками в 176 дней сближался с ближайшей к Солнцу планетой и проводил ее фотографирование с разрешением деталей до 50-м.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]Марс на небе, как и все внешние планеты, виден лучше всего в периоды противостояний. Не все противостояния одинаковы. Орбита Марса довольно сильно вытянута, отчего и расстояния между планетами в противостояния меняются значительно, так, что видимые диаметры планеты могут соотноситься как 1 к 2 в два разных противостояния, яркость - еще больше, Самые сильные сближения 3-й и 4-й планет называются великими противостояниями. Марс может быть как ярче Юпитера, так и слабее его, хотя, обычно, в этом споре сильнее гигантская планета. В противостоянии 1997-го года Марс имел блеск -1,3. Детали на Марсе удобно рассматривать в телескоп с приличным увеличением: х150 и выше. Марс несколько веков пристально изучался с Земли, после чего настала эра межпланетных станций: советских "Марсов", американских "Маринеров", "Викингов".

Атмосфера на Марсе разрежена, так как Марс не способен долго удерживать возле себя молекулы газов. В отдаленном будущем, она, видимо, совсем раствориться в пространстве. А в настоящий момент ее давление у поверхности составляет лишь один процент от нормального земного атмосферного давления. Впрочем, именно благодаря слабой воздушной оболочке, мы можем рассмотреть, детали на поверхности планеты. Здесь происходит борьба астрономов уже с двумя атмосферами, ведь, не смотря ни на что, в марсианской атмосфере иногда месяцами могут бушевать пылевые бури. Состоит же она, в основном, из углекислого газа, с незначительными примесями водяных паров и кислорода. На Марсе, из-за низкого давления, не может быть жидкой воды. Она там присутствует либо в газообразном состоянии либо в виде льда. Замерзающие углекислый газ и водяной пар образуют полярные шапки, размер которых с движением Марса по орбите меняется, на Марсе происходит смена времен года, по тем же причинам, что и на Земле. Зимой в Северном полушарии полярная шапка растет, а в Южном почти исчезает - там лето, а через полгода - наоборот. Полярные шапки были открыты в 1704-м году. Интересно, что наклон оси вращения планеты к плоскости ее орбиты почти такой же, как у Земли - 25°, а сутки различаются у этих планет лишь на несколько минут. Небо на Марсе желтое или красноватое, из-за взвешенной в атмосфере пыли, рассеивающей свет. Это видно на снимках, переданных "Викингами". На Марсе раньше текли реки, от которых остались лишь сухие русла. Кроме этих ископаемых рек, на поверхности Марса есть высокие вулканы, один из которых - Олимп - высочайшая гора в Солнечной системе, его высота - 28 км. На Марсе засняты песчаные дюны, гигантские каньоны и разломы, а также метеоритные кратеры. Поверхность Марса имеет красноватый цвет из-за больших примесей окислов железа.

У Марса есть слабое магнитное поле. Два спутника Марса - Фобос и Деймос - бесформенны и совсем невелики, рассмотреть их в небольшой телескоп трудно. Сведения о них приведены в таблице. Спутники покрыты кратерами и изрыты бороздами неясного происхождения. Марсианские спутники, скорее всего, являются астероидами, захваченными из так называемого "пояса астероидов", расположенного между орбитами Марса и Юпитера. Возможно также, что спутники Марса были захвачены из более удаленных областей Солнечной системы. Миниатюрные спутники Марса были открыты в 1877 году американским астрономом Асафом Холлом, сотрудником Военно-морской обсерватории (Вашингтон, США). О существовании спутников у Марса говорил еще в 1610 году астроном Иоганн Кеплер, который вывел законы движения планет. В данном случае предсказания Кеплера не были основаны на научных принципах. Однако его сочинения были влиятельными в то время. Так, например, в произведении Джонатана Свифта "Приключения Гулливера", написанном в 1726 году, т.е. более чем за 150 лет до открытия, идет речь о двух спутниках Марса.

 
Фобос

Деймос

Расстояние от планеты

9400 км

23500 км

Период обращения

7ч 39м

30ч 18м

Размеры

19х21х27км

11х12х15км


 

Гипотезе о жизни на Марсе уже несколько веков. По началу, она подпитывалась наблюдаемыми на поверхности прямыми линиями, даже целой их сетью, которые Скиапарелли называет в 1877-м году каналами. Но все эти каналы оказались оптическим обманом. Позже, уже в нашем веке, советский ученый Тихов объяснял сезонные изменения цвета некоторых участков поверхности Марса с жизнедеятельностью синих или синезеленых растений. Первые же подробные фотографии Марса в 60-х годах (1965-й год, "Маринер-4") развенчали все эти смелые предположения.

Авторы: Nasa 
Кратер Галла

На что будет похож закат, если наблюдать за ним с Марса? Чтобы помочь нам понять это в последний месяц робот-вездеход Spirit был, развернут и остановлен, чтобы без помех пронаблюдать, как  Солнце опускается все ниже и ниже над далеким краем кратера Гусева. Это была трудная работа, но некоторые роботы могут с ней справиться. На современной Земле закаты имеют красный цвет по двум причинам - из-за того, что молекулы кислорода и азота в атмосфере преимущественно рассеивают голубые лучи солнечного света, а также из-за рассеивания на микроскопических примесях, например, на вулканической пыли. (Величина первого эффекта была впервые рассчитана в одной из самых цитируемых статей Альберта Эйнштейна.) Хотя на Марсе нет ни кислорода, ни азота, он укутан красной пылью, легко поднимаемой в атмосферу быстрыми, но слабыми ветрами. Анализ изображений, подобных показанной ниже фотографии, говорит, что в некоторые дни закат на Марсе оказывается существенно дольше и краснее, чем на Земле. Солнце зашло два часа назад, наступили сумерки, но солнечный свет продолжает отражаться от Марсианской пыли высоко в атмосфере, вызывая рассеянное свечение. Этот результат поможет ученым, занимающимся изучением атмосферы, понять не только атмосферу Марса, но атмосферы всех тел Солнечной системы, включая нашу родную Землю.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]Юпитер отдалён о т Солнца на 778,3 млн. км (5,2 а.е.), его экваториальный диаметр - 143 тыс. км, что в 11 раз превышает земной. Юпитер представляет собой гигантский газовый шар, диаметр которого в десять раз превышает диаметр Земли, составляя одну десятую диаметра Солнца. Его масса равна 0,1% массы Солнца, а химический состав (по числу молекул) очень близок к составу Солнца: 90% водорода (находящегося на Юпитере в молекулярной форме) и 10% гелия. Вокруг своей оси он, в среднем, обращается за 10 часов. Причём, так как Юпитер не является твёрдым шаром, а состоит из газа и жидкости, то экваториальные его части быстрее вращаются, чем приполярные области, как это наблюдается у Солнца и других газовых планет. По той же причине Юпитер заметно сжат у полюсов. Ось вращения планеты почти перпендикулярна орбите. Следовательно, на Юпитере нет смены времён года.


Среди следовых газов наиболее существенны водяной пар, метан и аммиак. Под слоем облаков нет никакой твёрдой поверхности. Вместо этого ниже внешних слоёв наблюдается (при увеличении давления с глубиной) постепенный переход от газа к жидкости. Затем следует резкий переход к металлической жидкости, в которой атомы лишены электронов.

В самом центре, возможно, имеется маленькое ядро, остоящее из твёрдых пород и льда. Наличие источника внутренней энергии (тепло, выделившееся в результате гравитационного коллапса при образовании Юпитера) позволяет планете излучать в 1,5 - 2 раза больше тепла, чем она получает от Солнца. При визуальных наблюдениях диск Юпитера кажется пересечённым чередующимися светлыми зонами и тёмными поясами. Согласно данным, полученным четырьмя космическими зондами, пролетевшими мимо Юпитера в 1973 - 1981 гг. ("Пионер-10 и -11, "Вояж-1 и -2, и АМС "Галилео, внутри этих полос наблюдается очень сложная система потоков. В каждом полушарии имеется пять или шесть таких полос, по направлению совпадающих с ветровыми течениями.

В строении своем Юпитер имеет сходство с небольшой звездой Внутреннее давление в его недрах может достигать 100 миллионов атмосфер. Магнитное поле Юпитера огромно, даже в сравнении с величиной самой планеты - оно простирается на миллионы километров. Если магнитосфера его была бы видима, она имела бы при рассмотрении с Земли угловой размер равный лунному.

Относительно долговечными деталями планеты являются белые или цветные овалы. Наиболее известная и самая заметная из таких деталей Большое красное пятно, которое наблюдается уже около 300 лет. Происхождение этой детали точно не известно. Согласно одной из распространённых теорий утверждается, что она является огромным антициклоном. Цветные облака находятся в самых высоких слоях Юпитера (их глубина составляет около 0,1-0,3% радиуса планеты). Происхождение их окраски тоже остаётся тайной, хотя, по-видимому, можно утверждать, что она связана со следовыми составляющими атмосферы и свидетельствует о происходящих в ней сложных химических процессах. Цвет облаков коррелирует с высотой: синие структуры - самые глубокие, над ними лежат коричневые, затем белые.

Красные структуры - самые высокие. Зонд с АМС "Галилео" в 1995 г. парашютировал сквозь верхние слои атмосферы Юпитера, передавая данные относительно состава и физических условий среды. Наземные наблюдения места вхождения зонда показали, что оно, по-видимому, было относительно свободно от облаков. Этим можно объяснить, почему не было получено почти никаких подтверждений существования ожидаемых трёх слоёв облаков (состоящих на самых больших высотах из кристаллов аммиака, гидросульфида аммония в середине, а внизу - из водяных и ледяных кристаллов). Скорость ветра, достигающая 530 км/час, оказалась даже больше, чем ожидалось. В то же время содержание гелия составило только около половины ожидаемого. Вероятное объяснение этого явления - увеличение концентрации гелия к центру планеты.

Сопровождаемый своими спутниками и огромной сложной атмосферой, Юпитер обращается вокруг Солнца почти за 12 лет, являясь ближайшей к нему планетой-гигантом. Атмосфера его изобилует молниями и гигантскими вихрями, такими, как Большое Красное Пятно. Со своей системой спутников Юпитер подобен миниатюрной Солнечной системе, но хотя Юпитер и похож по своему химическому составу на звёзды, он не сияет, подобно Солнцу. Масса Юпитера составляет только одну восьмидесятую долю от необходимой для образования звезды. Меньшее значение массы не позволяет недрам Юпитера разогреться до нужной температуры.

Зонд обнаружил также интенсивный радиационный пояс. Предположение о существовании слабого кольца вокруг Юпитера было впервые высказано на основании данных, полученных "Пионером-11" в 1974 г. После проведенного "Вояджером" непосредственного фотографирования это предположение подтвердилось. Основная часть кольца лежит на расстоянии 1,72 - 1,81 радиуса от центра планеты. Исходя из характеристик кольца можно допустить, что оно состоит, главным образом, из частиц микронных размеров. Постоянным источником пополнения кольца могут быть движущиеся по орбите объекты размером с булыжник, постоянно бомбардируемые быстрыми частицами.

Однако Юпитер и без того сильно влияет на небесные тела Солнечной системы. Некоторые спутники Юпитера, вероятно, являются астероидами, захваченными гравитационным притяжением гиганта. Пути неосторожно приблизившихся малых планет и комет по тем же причинам искажаются, что иногда приводит к катастрофическим последствиям. Кометы-неудачники могут быть выброшены Юпитером из Солнечной системы, либо пойманы им в смертельную ловушку, как это случилось с кометой Шумейкера-Леви-9 в 1994-м году.

В настоящее время известно шестнадцать естественных спутников, вращающихся вокруг Юпитера. Они разделяются на четыре группы. По круговым орбитам в экваториальной плоскости движутся четыре маленьких внутренних спутника (Метида, Адрастея, Амальтея и Теба) и четыре больших галилеевых спутника (Ио, Европа, Ганимед и Каллисто). Третья группа (Леда, Гималия, Лиситея и Элара) - маленькие спутники на круговых орбитах, наклонённых под углом 25° - 29° к экваториальной плоскости и лежащих на расстоянии 11 - 12 млн. км от Юпитера. Внешняя группа (Ананке, Карме, Пасифе и Синопе) - маленькие спутники с обратным движением по орбитам. Эти орбиты являются относительно вытянутыми эллипсами с существенным наклонением к экваториальной плоскости и лежат на расстоянии 21 - 24 млн. км от Юпитера. Четыре галилеевых спутника и их движения по орбите можно легко увидеть в маленький телескоп или бинокль.
Юпитер - одна из планет, видимых невооруженным глазом, и путь её по ночному небу был наблюдаем тысячи лет. В 1610-м году, итальянский астроном Галилео Галилей обнаружил четыре самых больших спутника планеты: Ио, Европу, Ганимед, и Каллисто, известные также как Галилеевы спутники. Это было одно из самых ранних астрономических открытий, сделанных с телескопом. Оно сыграло свою роль, добавив уверенности сторонникам гелиоцентрической системы мира. В те далёкие дни борьба мировоззрений была очень остра.

В течение последующих лет, с улучшением телескопов, становились известными и размер планеты, и существование Большого Красного Пятна, которое представлялось, по началу, островом в гигантском море на поверхности Юпитера. Земная астрономия всегда продолжала совершенствоваться, мы достигли истинного понимания некоторых "поверхностных" явлений (изменений в расположении деталей, их размеров, цвете), считая их уже атмосферными, а не относящимися к вовсе несуществующей твёрдой поверхности.

С приходом радиоастрономии в науку (а именно в 1955-м году), мы обнаружили, что Юпитер - источник устойчивого высокочастотного радиошума, указывающего на электрическую деятельность гиганта. Юпитер изучается во всех длинах волн. Внизу Вы видите сравнение снимков Юпитера в тепловых и видимых лучах.

Радиоизлучение Юпитера, обнаруженное в 1955г., послужило первым признаком наличия у него сильного магнитного поля, которое в 4000 раз сильнее земного. Следовательно, магнитосфера Юпитера в 100 раз больше земной. Закручивание электронов вокруг силовых линий порождает радиоизлучение, причём задержанные около планеты электроны дают синхротронное излучение в диапазоне дециметровых волн. Декаметровое излучение, наблюдаемое только от некоторых областей планеты, связано с взаимодействием ионосферы Юпитера со спутником Ио, орбита которого проходит внутри огромного плазменного тора. Это взаимодействие порождает также полярные сияния. Обнаруженное "Вояджерами" излучение в километровых длинах волн возникает в высоких широтах планеты и в плазменном торе.

В марте 1972-го года была запущена АМС "Пионер 10", для наблюдения пояса астероидов и Юпитера. Долетев до Юпитера в декабре 1973-го года, "Пионер 10" обнаружил интенсивное излучение, исходящее от Юпитера, огромное магнитное поле, предполагающее наличие проводящей ток жидкости в недрах планеты.

 Годом позже, однотипный космический аппарат "Пионер 11", пролетал Юпитер на своём пути к Сатурну и передал даже более подробные изображения гигантской планеты. Изучая данные, полученные этим аппаратом, учёные впервые заподозрили наличие у Юпитера колец.

31 марта 1997-го года был выключен космический аппарат "Пионер 10", который ещё в 1973-м году первым преодолел пояс астероидов и достиг Юпитера. В 1983-м году он пересёк орбиту Нептуна - самой далекой на тот год планеты от Солнца - и направился к границам Солнечной системы. Находящееся в исправности оборудование "Пионера 10" питалось энергией распада помещённых на спутник радиоактивных веществ. Теперь этот источник иссяк. "Пионер 10" был выключен с расстояния в 9 световых часов, через 25 лет после запуска.

В августе и сентябре 1977-го года, были запущенны два "Вояджера" для изучения внешней части Солнечной системы. "Вояджеры" побывали возле Юпитера в 1979-м году, подарив нам поразительные, красивые изображения царя планет, обнаружив тысячи деталей, до тех пор неизвестные. "Вояджеры" поведали нам, что процессы в атмосфере Юпитера - несоизмеримо более грандиозные подобия тех же явлений земной атмосферы. "Вояджеры" подтвердили догадки о кольцах планеты. Юпитер - третья планета, у которой открыли кольца.

 Запущенный в октябре 1989-го года с основной задачей изучения Юпитера, космический аппарат "Галилео" вернулся к Земле 8 декабря 1990-го года для совершения обычного гравитационного манёвра. После он направился к астероиду Гаспра, потом повстречался с другим астероидом - Идой, откуда уже попал в систему Юпитера. "Галилео" был нацелен на самые разнообразные исследования как самой планеты, так и её спутников. В 1995-м году от аппарата отделился специальный зонд, предназначенный для изучения атмосферы Юпитера. На рисунке  вы видите красивое изображение, на котором запечатлен момент покорения планеты этим зондом.

Образование Юпитера

Юпитер хранит ключи от многих тайн Солнечной системы. Около 4, 5 млрд. лет тому назад, когда Солнечная система формировалась из вращающегося облака газов и пыли, ядро Юпитера, вероятно, зарождалось из льда и камней общей массой, превышающей в 15 раз земную. Давление солнечного света выталкивало атомы лёгких газов (водорода и гелия) из внутренней по отношению к орбите Юпитера части Солнечной системы, а притяжение больших ледяных ядер нашего гиганта и зарождавшегося по соседству Сатурна постаралось собрать эти атомы возле себя. Из гелия и водорода, в основном, и состоит атмосфера Юпитера сегодня. Юпитер "оброс" самой большой атмосферой среди всех планет, так как центральное внутреннее ядро его раньше достигло необходимой массы. Лик Юпитера, который мы видим, - это верхние слои его атмосферы.

Химический состав, физические условия и строение Юпитера

Если не считать его ядра, Юпитер на 90% - водород и на 10% - гелий по количеству атомов, и в соотношении 3 к 1-му - по массе. В атмосфере обнаружены метан, вода, аммиак и многие другие вещества. В ядре планеты преобладающими являются тяжёлые элементы, в основном, вода. Огромная атмосфера Юпитера создаёт и огромное давление. Оно увеличивается при приближении к центру планеты. В таких экстремальных условиях газы в атмосфере находятся в необычных состояниях. Находящийся достаточно глубоко водород под давлением атмосферы, возможно, сформировал слой в жидком металлическом состоянии. Это - и не океан, и не атмосфера. Такой слой водорода должен иметь свойства, которые не укладываются в наше привычное понимание.

В отличие от простого газообразного водорода, жидкий металлический водород способен проводить электрический ток. Устойчивый радиошум и сильное магнитное поле Юпитера излучаются как раз этим слоем металлической жидкости. При удалении от ядра планеты, когда мы можем без сомнения считать, что речь идёт об атмосфере, мы увидим, что газы ведут себя более знакомым образом, перемещаясь в общих планетных циркуляциях, управляемых изначально вращением планеты. Полагают, что Юпитер имеет три слоя облаков в своей атмосфере. Наверху - облака из оледеневшего аммиака. Под ними - облака кристаллов сероводорода аммония, а в самом низком слое - собираются водяной лёд и, возможно, жидкая вода.

Атмосферам Юпитера и других газовых планет свойственны ветры больших скоростей, дующие в пределах широких полос, параллельных экватору планеты. В смежных полосах на Юпитере ветра направлены в противоположные стороны. Эти полосы различимы даже в небольшой телескоп. Ветры на Юпитере достигают скорости 500 км в час. Изучение атмосферы позволило сказать, что ветры эти также существуют в более низких её слоях, вплоть до тысячи километров от внешних облаков. Из этого сделан вывод, что они управляются не энергией излучения Солнца, а внутренним теплом планеты, в то время как на Земле все происходит наоборот.

В атмосфере Юпитера возникают чудовищные бури и вихри, одним из которых и является Большое Красное Пятно, замеченное с Земли более 300 лет назад. Большое Красное Пятно (БКП) - овал размером 12 000 на 25 000 км, т.е. это достаточно большая область для того, чтобы вместить в себя две Земли. Исследования, проведённые в ИК-диапазоне,¬и визуальные наблюдения движений в самом вихре указывают на то, что он - область высокого давления, т.е. антициклон. Облака Пятна расположены значительно выше и более холодны, чем облака вокруг. Схожие структуры обнаружены на Сатурне и Нептуне. До сих пор неизвестно, как они могут существовать так долго.

Как возникают такие красочные явления - также неизвестно, но учёные полагают, что они обусловлены потоками разогретых газов из недр планеты. Цвета потоков и прочих облаков, вероятно, вызваны их химическим составом. Например, хотя количество углерода в атмосфере Юпитера очень невелико, атомы этого вещества легко объединяются с атомами водорода и кислорода, образуя целый ряд газов, таких, как угарный, метан и другие органические соединения, вносящие разнообразие цветов. Оранжевые и коричневые цвета в облаках Юпитера могут быть соотнесены с органическими соединениями, включающими в себя серу и фосфор.    

Долгоживущий Белый Овал в атмосфере Юпитера в фиолетовых лучах. Этот вихрь образовался в 30-х годах уходящего столетия к югу от Большого Красного Пятна. С востока на запад он имеет размер 9 000 км и дрейфует вместе с другими подобными циклонами в направлении преобладающих вокруг него ветров. К югу (т. е. ниже) можно заметить меньший вихрь со своими циклоническими рукавами. Он движется со скоростью 0,4° в день относительно большего  соседа. Взаимодействие между двумя вихрями породило своеобразный рисунок из облаков в  атмосфере. Размер минимальных видимых деталей на  снимке  -  десятки  километров. Изображение получено 19-го февраля 1997-го года аппаратом "Галилео".

Вверху в виде темных пятен, выстроившихся в  линию  в  южном полушарии планеты, видны следы столкновения частей кометы  Шумейкера-Леви 9 (слева направо: части С, А, Е). Эта пара  изображений получена несколько часов спустя после падения части Е, 17-го  июля 1994-го года. Пятна перемещались вместе с ветрами в  атмосфере Юпитера. Особенно темными  пятна  кажутся  на  снимке  справа,  в ультрафиолете, потому что кометные осколки оставили  в  атмосфере частицы пыли и газ, поглощающие ультрафиолет.  Все  это  вещество медленно оседало со временем в более нижние слои облаков.Внизу представлено то же полушарие 12-13 дней спустя.  Пятна расползлись вдоль линий широт, по направлениям ветров.

Благодаря содействию профессора Виктора Тейфеля из Лаборатории физики Луны и планет Астрофизического института им.В.Г.Фесенкова в Казахстане, мы можем представить здесь две фотографии Юпитера. Снимки получены с метровым телескопом в 1997-м году.

Кольца Юпитера

Из-за препятствий, создаваемых атмосферой и магнитным полем планеты, частицы колец вряд ли остаются в них долго. Вероятность того, что наблюдаемое теперь кольцо - остаток некогда более внушительного, - невелика. Слишком много времени прошло с тех пор, как возникла планета. Это значит, что кольца должны непрерывно пополняться. Небольшие спутники Метис и Адрастея, чьи орбиты лежат в пределах колец, - очевидные источники таких пополнений.

Магнитосфера

Юпитер имеет огромное магнитное поле, значительно превышающее по напряжённости Земное. Магнитосфера Юпитера простирается на 650 млн. км за орбиту Сатурна! Но в направлении Солнца оно почти в 40 раз меньше. Даже на таком расстоянии от себя Солнце показывает, кто, на самом-то деле, в доме хозяин. Таким образом, форма магнитосферы Юпитера, как и других планет, далека от сферической.

Спутники Юпитера лежат в области влияния поля, и это, возможно, объясняет относительно недавно открытую вулканическую деятельность Ио. Напомним, что магнитное поле захватывает заряженные частицы, летящие от Солнца (этот поток называют солнечным ветром), образуя радиационные пояса. Присутствие в таких областях незащищённого специальными средствами живого существа было бы для последнего губительным. Для космических аппаратов такая обстановка создаёт большие проблемы. Магнитное поле мешает работать приборам, и само по себе, и захваченными им частицами. С этим часто сталкиваются в настоящее время. Поле Юпитера очень сильно. "Галилео", при изучении атмосферы планеты, обнаружил радиационный пояс, приблизительно в 10 раз мощнее земного, между кольцом Юпитера и самыми верхними атмосферными слоями.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]Сатурн второй как по массе, так и по размерам. Однако он позади многих и многих тел околосолнечного пространства по плотности: она у Сатурна меньше плотности воды (около 700 кг на кубический метр). Известна одна романтическая иллюстрация этого обстоятельства: если бы было возможно где-то создать гигантский водный океан, то Сатурн мог бы в нём плавать.

Сатурн, не желая смиряться с отставанием от Юпитера, обзавелся большим числом спутников и, главное, великолепным кольцом, благодаря которому шестая планета серьёзно оспаривает первое место в номинации Великолепие. Многие астрономические книги на обложках своих предпочитают иметь именно Сатурн, а не Юпитер. Случайный прохожий наверняка знает о кольцах Сатурна и может ничего не вспомнить о Большом Красном Пятне или Галилеевых спутниках.

Наиболее поразительная структура Сатурна - его система колец. Кольца лежат в экваториальной плоскости планеты, которая наклонена к орбите обращения вокруг Солнца под углом 27°. Кольца можно легко увидеть даже в небольшой телескоп. По мере изменения относительного расположения Земли и Сатурна кольца предстают под разными углами, иногда полностью открываясь, а иногда (при наблюдении с ребра) почти исчезая из вида. Кольца Сатурна имеют ряд зон различной яркости, разделённых тёмными промежутками. Наиболее заметные промежутки - щели Кассини и Энке. Полученные "Вояджерами" изображения колец показали, что они состоят из многих тысяч узких концентрических колечек, так что кольца кажутся прорезанными многочисленными желобками.

Сатурн может достигать отрицательной звёздной величины в период противостояния планеты. Сатурн находился вблизи противостояния 6-го ноября 1999-го года. В эти дни его блеск составил -0,22. В небольшие инструменты легко разглядеть диск и кольцо, если оно хоть немного развёрнуто к Земле. Кольцо из-за движения планеты по орбите меняет свою ориентацию по отношению к Земле. Когда плоскость кольца пересекает Землю, даже в средние телескопы рассмотреть его не получается: оно очень тонкое. Последний раз такое происходило летом 1995-го года. После этого кольцо всё больше и больше разворачивается к нам, а Сатурн, соответственно, становится всё ярче и ярче в каждое следующее противостояние. В первый год третьего тысячелетия в день противостояния 3-го декабря Сатурн разгорелся до -0,45-й звёздной величины. В этот год кольца максимально развернулись к Земле. Не слишком тяжело заметить также и Титан - самый большой спутник планеты, он имеет блеск порядка 8, 5-й звездной величины. Из-за малой контрастности, облака Сатурна рассмотреть труднее, чем облачные полосы на Юпитере. Зато легко заметить сжатие планеты у полюсов, которое достигает 1:10.

У Сатурна побывало 3 космических аппарата. Эти же АМС предварительно посетили Юпитер: "Пионер 11" и оба "Вояджера".

Общие сведения

Шестая от Солнца большая планета Солнечной системы. Сатурн - один из четырёх "газообразных гигантов", уступающий в размере только Юпитеру. Его экваториальный диаметр в 9,4 раза больше земного, а масса превышает земную в 95 раз. Однако средняя плотность вещества планеты составляет 0,7 от плотности воды. Большая часть массы представлена водородом и гелием. У планеты имеется центральное ядро, образованное твёрдыми породами или смесью твёрдых пород и льда. Масса ядра в десять или пятнадцать раз превышает массу Земли. В окружающей это ядро области высокого давления водород находится в металлической форме. Внешняя половина планеты состоит из мощной атмосферы, а видимые детали представляют собой полосы облаков в верхних атмосферных слоях.

История Открытий

Сатурн был замечен людьми, видимо, позднее таких ярких планет, как Юпитер, Марс и Венера. Но в древней Греции о нём уже знали. Его считали самым далёким из известных планет, то есть не ошибались.

Визуальные наблюдения без телескопов не могли привести к серьёзным открытиям. И, возможно, Вы уже привыкли к тому, что первенство в астрономических открытиях принадлежит Галилео Галилею, человеку, который первый направил на небо телескоп. Зрительная труба учёного была настолько несовершенна, что не давала достаточно чёткого изображения. Это не позволило итальянцу рассмотреть кольцо Сатурна. Но по бокам от диска планеты Галилей видел неясные придатки. Он посчитал их спутниками Сатурна, по аналогии с уже открытыми им спутниками Юпитера.

Однако Галилей не был авантюристом. Расплывчатый вид наблюдавшихся им объектов не позволял ему утверждать об открытии наверняка. Чтобы закрепить за собой первенство и в то же время не попасть в неловкое положение ошибившегося, Галилей прибегнул к модному в то время жесту: об открытии, правильность и достоверность которого вызывали сомнения, сообщалось в краткой шифровке, сложной для толкования всем, кроме автора. Если открытие подтверждалось дальнейшими исследованиями, сообщение об открытии расшифровывалось, и весь мир видел, кто же был первый. Галилей в 1610-м году опубликовал такую анаграмму:

Smaismrmielmepoetaleumibuvnenugttaviras

Если бы нашлась умная голова, которая смогла бы переставить буквы в этой нелепице должным образом, то открытие Галилея можно было бы прочесть на латыни, языке бывшем тогда в ходу среди учёных умов. Число вариантов различных перестановок безумно велико (35-значное число), поэтому вероятность того, что подобное сообщение будет прочитано общественностью верно, ничтожна мала. Но Иоганн Кеплер решился-таки на попытку, достойную восхищенья. Выбросив из всего набора пару букв (иногда в анаграммы добавлялись и лишние символы, для большей путаницы), он составил фразу, в переводе означавшую:

"Привет вам, близнецы, Марса порождение" (Salve, umbistineum geminatum Martia proles).

Иначе говоря, получалось, что Галилей открыл 2 спутника Марса. Кеплер, ища во всем гармонию, сам считал, что их у Марса должно быть именно 2. Ну посудите сами: у Земли - 1 спутник, у Юпитера (как тогда считалось) - 4. Сколько же должно быть спутников у планеты, находящейся между Землею и Юпитером? Конечно же два! Обычная геометрическая прогрессия. Знал бы Кеплер, что лет через четыреста у Юпитера окажется спутников в четыре раза больше. Великий труд Кеплера пропал даром. Галилео Галилей расшифровал свое послание миру позднее, также исключив две буквы:

Altissimum planetam tergeminum observavi ("Высочайшую планету тройную наблюдал").

"Высочайшую" значит "самую далекую". Но через несколько лет спутники пропали (догадайтесь, почему). Галилей усомнился в своем собственном открытии. И его, как такового, все же не произошло. Оно состоялось позднее, и прежде чем о нем рассказать, оговорим, что история об этих анаграммах была вычитана в книге Б.А. Воронцова-Вельяминова "Очерки о Вселенной". Книга и впрямь замечательная. Гюйгенс через много лет после невыразительных попыток Галилея во весь голос сообщил:

Aaaaaaa, ccccc, d, eeeee, g, h, iiiiiii, llll, mm, nnnnnnnnn, oooo, pp, q, s, ttttt,¬uuuuu

Через три года голландский ученый поверил в себя и расшифровал свое открытие:

Annulo cingitur, tenui, plano, nusquam cohaerente, ad eclipticam inclinato, что означало: "кольцом окружен тонким, плоским, нигде не прикасающимся, к эклиптике наклоненным". Это произошло в 1658-м году. В год опубликования анаграммы Христиан Гюйгенс открывает также и самый большой спутник Сатурна - Титан.

В 18-м веке Вильям Гершель сумел измерить период вращения планеты вокруг своей оси. Сделать это было не так просто из-за того, что детали на диске Сатурна различимы гораздо хуже, чем у Юпитера. Сатурн вращается быстро, совершая в среднем один оборот за 10 час. 32 мин., хотя скорость вращения изменяется с широтой. В результате появляется существенное сжатие у полюсов: полярный и экваториальный диаметры отличаются на 11%.

В середине 20-го века была измерена температура верхних облаков Сатурна: около 100 К. Для облаков на Сатурне большие цветовые контрасты не характерны. Однако иногда наблюдается штормовая активность. В конце сентября 1990 г. в атмосфере появилось большое белое пятно, расширявшееся в течение нескольких недель, пока оно не заняло значительную часть экваториальной области планеты. Это извержение вещества из более низких атмосферных слоёв было очередным в цепи аналогичных явлений, происходящих с 30-летним циклом, соответствующим периоду обращения Сатурна.

Подобные пятна отмечались в 1876, 1903, 1933 и 1960 гг. около середины сатурнианского лета в северном полушарии. Время от времени происходят и более слабые извержения. Одно из них наблюдалось телескопом "Хаббл" в 1994 г. Компьютерная обработка изображений, полученных "Вояджером 1 и 2" в 1980 и 1981 гг., выявила сложные циркуляционные потоки, подобные наблюдаемым на Юпитере. В 1979-м году к Сатурну подлетел "Пионер 11", пионер в прямом смысле слова. Он обнаружил магнитосферу планеты, показал тонкую структуру её кольца.

"Вояджеры" (1 и 2) посетили Сатурн с разницей во времени в девять месяцев в ноябре 1980-го и в августе 1981-го годов. Эти три встречи с Сатурном пополнили наши знания и углубили понимания всего, что касается планеты и её системы Расширенные наблюдения с небольшого расстояния позволили получить самые качественные изображения Сатурна, его колец и спутников. Некоторые из последних были открыты "Вояджерами".               

Многое из того, что мы знаем о Сатурне - итог двух исследований "Вояджеров". В 2004-м году к Сатурну должен подлететь космический аппарат Кассини, работа которого рассчитана на 4 года. "Кассини" в пути уже с конца 1997-го года. В 1999-м году Кассини вернулся к Земле от ... Венеры, совершил, пользуясь гравитацией нашей планеты, необходимый маневр и направился к... Юпитеру, чтобы получить от него последний гравитационный "толчок" в сторону самого Сатурна. Это должно было случиться в декабре 2000-го года.

Строение Планеты

Благодаря содействию профессора Виктора Тейфеля из Лаборатории физики Луны и Планет Астрофизического института им. В.Г.Фесенкова в Казахстане, мы можем представить здесь снимок Сатурна, полученный сложением двух снимков, которые были сделаны через разные фильтры метровым телескопом 6-го сентября 1998-го года. Строение Всех планет-гигантов схоже. Не станем повторятся, остановимся лишь на особенностях.

Атмосфера Сатурна, в основном, как уже было сказано выше - водород и гелий. Но из-за особенности образования планеты большая, нежели на Юпитере, часть Сатурна приходится на другие вещества. "Вояджер 1" выяснил, что около 7 процентов объёма верхней атмосферы Сатурна - гелий (по сравнению с 11-ю процентами в атмосфере Юпитера), в то время как почти всё остальное - водород.

Невысокая контрастность цветов на видимом диске Сатурна могла бы быть результатом более сильного смешивания газов в направлении, перпендикулярном экватору, чего не наблюдается в атмосфере Юпитера, на котором полосы облаков различимы даже в 65-мм зрительную трубу с увеличением лишь 60 крат. Такая особенность в атмосфере Сатурна, видимо, связана с особенностями ветров на нем. Ветра на Сатурне очень сильны. Вблизи экватора, "Вояджеры" измерили их: скорость около 500 метров в секунду.

Ветра дуют, по большей части, в восточном направлении (напомним, что, как и большинство планет, Сатурн вращается с запада на восток). Сила ветров ослабевает при удалении от экватора. Также, при удалении от экватора, появляется все больше западных течений. Преобладание восточных потоков (по направлению осевого вращения) указывает на то, что ветры не ограничены слоем верхних облаков, они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2 000 километров. Кроме того, измерения "Вояджера 2" показали, что ветра в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора. Есть предположение, что симметричные потоки как-то связаны под слоем видимой атмосферы.

Когда "Вояджер 2" был по отношению к Земле за Сатурном, радиолуч прошёл через верхнюю атмосферу, позволив измерить её температуру и плотность. Минимальная температура на Сатурне - 82 Кельвина. Температура возрастает при погружении в атмосферу.

"Вояджеры" обнаружили ультрафиолетовое излучение водорода в атмосфере средних широт и полярные сияния на широтах выше 65 градусов. Подобная активность может привести к образованию сложных углеводородных молекул. Полярные сияния средних широт, которые происходят только в освещённых Солнцем областях, возникают по тем же причинам, что и полярные сияния на Земле. Разница лишь в том, что на нашей планете это явление присуще, в значительной части, более высоким широтам.

Магнитосфера

Магнитосфера Сатурна, как и у других планет, определяется внешним давлением солнечного ветра. Когда "Вояджер 2" вошёл в магнитосферу планеты, давление солнечного ветра было высоким, и магнитосфера протянулась лишь на 19 радиусов Сатурна (1,1 миллиона километров) в направлении Солнца. Позже, когда "Вояджер" покидал Сатурн, ветер Солнца ослаб, и магнитосфера Сатурна должна была увеличиться на 70%.

В отличие от всех других планет, чьи магнитные поля были измерены, поле Сатурна ориентировано так, что ось его симметрии совпадает с осью вращения планеты вокруг оси. Это редкое явление в Солнечной системе было открыто еще "Пионером 11" в 1979-м году, и было подтверждено "Вояджерами".

В пределах магнитосферы Сатурна были определены отличающиеся друг от друга пояса. Они разнятся набором частиц, которые удерживаются в этих поясах, и их энергией. Частицы эти поставляются как Солнцем, так и спутниками планеты.

Магнитосфера Сатурна излучает радиошумы, зафиксированные "Вояджером 1". Интересно, что когда магнитосферу изучал "Вояджер 2", шумы претерпели изменения и значительно ослабли. Возможно, это связано с сезонными изменениями, активностью Солнца, однако, в тот момент Сатурн также вошёл в магнитосферу Юпитера, как известно, раздувающуюся, порою, до таких пределов. И хотя влияние поля Юпитера на таком расстоянии мало, возможно, и он всё-таки причастен к изменениям в магнитосфере Сатурна.

Кольца Сатурна

Кольца Сатурна состоят из множества ледяных частиц с размерами от долей миллиметра до нескольких метров. Только это не лед в том виде, в котором его знают лезвия коньков жителей планеты Земля. Скорее, это снег, а не лед. Да, обычный водяной снег, причем, снег очень рыхлый, совсем не отличающийся известной прочностью льда.

Кольцо Сатурна настолько широко, что по нему, будь такое возможно, мог бы катиться Нептун или Уран. Или оба сразу. Ширина кольца составляет 137 000 км. В то же время, кольцо имеет в толщину всего несколько десятков метров. Если представить себе Сатурн в виде футбольного мяча, кольца бы у такой планеты были гораздо тоньше волоса. Кольцо Сатурна, из-за своей большой ширины и высокой отражательной способности составляющих его частиц, очень яркое. Свет, идущий от кольца, мешает астрономам искать вблизи Сатурна его маленькие спутники. Но примерно раз в 15 лет Земля пересекает плоскость колец Сатурна, и в этот не продолжительный промежуток времени, когда кольца повернуты к Земле ребром, их почти невозможно разглядеть даже в самые большие телескопы.

Такими случаями и пользуются астрономы, фотографируя Сатурн, изучая снимки, на которых нет помех от яркого кольца. Так были открыты новые спутники в 1966-м году. На фотографиях, сделанным на телескопе им. Хаббла, тоже были найдены четыре новых спутника в 1995-м году. Впрочем, как выяснилось позже, в этом случае открытие было, скорее всего, ошибочным.

"Вояджер 1" позволил подробнее рассмотреть структуру колец. Множество щелей, кроме уже известной давно щели Кассини, побудили учёных выдвинуть гипотезу о наличии маленьких спутников, орбиты которых лежат внутри этих щелей, и, считалось, что такие спутники, как бы, собирают все частицы на своём пути. Однако, "Вояджер 2", проводивший систематический поиск таких спутников, ничего не обнаружил. Не смотря на то, что некоторые из астрономов по-прежнему предполагают найти подобное сосуществование спутника и щели, многочисленные исследования привели к выводу о том, что виновниками образования многих щелей действительно являются спутники, но только те, чьи орбиты лежат за пределами колец. Да и механизм образования щелей совсем иной.

И частицы, и спутники обращаются вокруг Сатурна, подчиняясь законам Кеплера, из которых, в частности, следует, что чем дальше находится тело от центра, вокруг которого оно обращается, тем больше период его обращения. Это означает, что и внутри колец период обращения частиц вокруг Сатурна зависит только от расстояния до планеты. Для любого спутника найдётся такое кольцо, для которого больший период обращения спутника окажется кратным периоду обращения частиц, находящихся в этом кольце. Скажем, период обращения спутника окажется почти точно в три раза больше, чем период обращения частиц. Этот спутник через равные промежутки времени изменяет движение всех таких частиц, и те покидают, со временем, свою орбиту, образуя тонкую щель, почти свободную от частиц.

Таким образом, за каждой щелью стоит влияние определённого спутника, "личность" которого легко выясняется. Астрономы говорят, что эту щель спутник пасёт. Здесь слово "пасёт" используется как термин, а спутники, присматривающие за щелями в кольце Сатурна, называют "пастухами".

До 1980 г. были известны десять спутников Сатурна. С тех пор было открыто ещё несколько. Одна часть была обнаружена в результате телескопических наблюдений в 1980г., когда система колец была видна с ребра (и благодаря этому наблюдениям не мешал яркий свет), а другая - при пролётах АМС "Вояджер-1 и -2" в 1980 и 1981 гг. В настоящее время точно установлено наличие восемнадцати спутников, а для подтверждения существования ещё трёх (а возможно, и большего числа) спутников требуются дополнительные наблюдения.

Существует три основных кольца, названных A, B и C. Они различимы без особых проблем с Земли. Есть имена и у более слабых колец - D, E, F. При ближайшем рассмотрении, как мы помним, колец оказывается великое множество. Между кольцами существуют щели, где нет частиц. Та из щелей, которую можно увидеть в средний телескоп с Земли (между кольцами А и В), названа щелью Кассини. В ясные ночи с хорошими телескопами можно увидеть менее заметные щели.

Кольца являются остатками того допланетного облака, которое породило все тела Солнечной системы. На тех расстояниях от планеты, на которых вращается большая доля частиц кольца, возникновение спутников невозможно из-за гравитационного воздействия самой планеты, разрушающей все более или менее крупные тела. Частицы колец многократно сталкиваются, разрушаются и слипаются вновь. Напомним, что они настолько хрупки, что уступают в этом самому рыхлому снегу, который Вы можете себе вообразить.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]Седьмая от Солнца большая планета Солнечной системы, открытая Уильямом Гершелем в 1781 г. Уран достаточно ярок, так что при хороших условиях наблюдения его можно увидеть невооруженным глазом. С Земли даже в самый большой телескоп он кажется зеленоватым диском, почти лишенным деталей. В 1986 г. космический зонд "Вояджер-2" прошел недалеко от Урана и его спутников, передав на Землю их крупноплановые изображения. "Вояджером-2" были открыты десять небольших спутников Урана (к этому времени были уже известны пять больших спутников планеты - Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон).

Общие сведения

Уран - один из четырех "газовых гигантов" Солнечной системы.Расстояние от Солнца - 19.2 а.е., экваториальный диаметр - 51,1 тыс. км. Уран - один из четырёх "газовых гигантов" Солнечной системы. Его диаметр превосходит диаметр Земли в четыре раза, а масса превышает земную в пятнадцать раз. Предполагается, что в центре планеты имеется небольшое каменное ядро, которое окружено толстой ледяной мантией из замерзших масс воды, метана и аммиака. Внешний слой планеты - водородная и гелиевая атмосфера с небольшим количеством различных молекулярных соединений. Период обращения вокруг Солнца - 84 года. Средняя температура на Уране - около 60-ти Кельвинов. Уран - старинное Греческое божество Неба, самый ранний высший бог, который был отцом Хроноса (Сатурна), Циклопа и Титана (предшественников Олимпийских богов). Был посещён единственным автоматическим космическим аппаратом "Вояджер 2".

Даже на крупных планах планеты, полученных "Вояджером", Уран имеет "спокойный", почти лишенный деталей вид, хотя и имеются некоторые намеки на слабые полосы, параллельные экватору.

Особенности вращения Урана

Любопытная особенность Урана состоит в том, что его ось вращения лежит практически в плоскости Солнечной системы (у других планет ось почти перпендикулярна этой плоскости). Внутренний период вращения равен 17 час. 14 мин. Причины "лежачего" обращения Урана точно неизвестны. Зато в действительности существует спор: какой из полюсов Урана - северный. Разговор этот отнюдь не подобен спору о палке с двумя концами и двумя началами. То, как же на самом деле сложилась такая ситуация с вращением Урана, очень многое значит в теории возникновения всей Солнечной системы. Почти все гипотезы подразумевают вращение планет в одну сторону. Если Уран образовался, лежа на боку, то это сильно не состыкуется с догадками о происхождении нашей планетной системы. Правда, сейчас всё больше полагают, что такое положение Урана - результат столкновения с большим небесным телом на ранних стадиях формирования планеты. Подобная же проблема связана и с Венерой, которая хоть и не лежит на боку, но так же вращается в обратную сторону.

Химический состав, физические условия и строение Урана

Уран сформировался из первоначальных твёрдых тел и различных льдов (подо льдами здесь надо понимать не только водяной лёд). Метан, ацетилен и другие углеводороды существуют в значительно больших количествах, чем на Юпитере и Сатурне. Ветры в средних широтах на Уране перемещают облака в тех же направлениях, что и на Земле. Эти ветры дуют со скоростью от 40 до 160-ти метров в секунду; на Земле быстрые потоки в атмосфере перемещаются со скоростью около 50-ти метров в секунду. Толстый слой (дымка) - фотохимический смог - обнаруживается вокруг освещённого Солнцем полюса. Освещённое Солнцем полушарие также излучает больше ультрафиолета.

Синий цвет Урана является результатом поглощения красного света метаном в верхней части атмосферы. Вероятно, существуют облака других цветов, но они прячутся от наблюдателей перекрывающим слоем метана. Атмосфера Урана (но не Уран в целом!) состоит примерно на 83% из водорода, на 15% из гелия и на 2% из метана. Подобно другим газовым планетам, Уран имеет полосы облаков, которые очень быстро перемещаются. Есть предположение о том, что эта возможность появилась в связи с сезонными эффектами, ведь как не трудно сообразить, зима от лета на Уране сильно разняться: целое полушарие зимой на несколько лет прячется от Солнца! Однако, Уран получает в 370 раз меньше тепла от Солнца, чем Земля, так что летом там тоже не бывает жарко. К тому же, Уран излучает тепла не больше, чем получает от Солнца, следовательно и скорее всего, он холоден внутри. 
Обеднённость атмосферы планеты легкими газами - следствие недостаточной массы зародыша планеты. В ходе образования, Уран не смог удержать возле себя большее количество водорода и гелия только потому, что к моменту, когда будущий Уран собрал достаточно массивное ядро, свободного водорода и гелия в Солнечной системе оставалось мало. Зато Уран содержит больше воды, метана, ацетилена.

Кольца Урана

В 1977 г. у Урана была открыта серия узких колец, лежащих в экваториальной плоскости. Каждое кольцо имеет в ширину всего несколько километров и с Земли не видно. Эти кольца были обнаружены во время покрытия Ураном звезды 8-й звездной величины. Кольца вызвали небольшое падение наблюдаемой яркости этой звезды непосредственно до и сразу после ее покрытия диском планеты. 
Более поздние покрытия Беты Скорпиона и Сигмы Стрельца подтвердили полученный результат. Система колец впоследствии (в 1986 г.) была сфотографирована "Вояджером-2", когда были обнаружены еще два кольца, а общее их количество достигло одиннадцати. 
Подобно кольцам Юпитера, они очень неярки, но, как и кольца Сатурна, кольца Урана содержат много довольно больших частиц, размеры их колеблются от 10 метров в диаметре до мелкой пыли. Кольца Урана были открыты первыми после колец Сатурна. Это имело большое значение, так как стало возможным предположить, что кольца - общая характеристика планет, а не удел одного Сатурна. Это ещё одно прямо-таки эпохальное значение Урана для астрономии.

Количество известных колец может, в конечном счёте, возрасти, судя по наблюдениям "Вояджер 2". Приборы указывали на наличие многих узких колец (или, возможно, неполных колец или кольцевых дуг) около 50 метров шириной. Отдельные частицы в кольцах обнаруживали низкую отражательную способность.

Ключом к разгадке структуры колец Урана может быть и открытие того, что два небольших спутника - Корделия и Офелия - находятся внутри кольца Эпсилон. Это объясняет неравномерное распределение частиц в кольце: спутники удерживают вещество вокруг себя. Так, используя эту теорию, предположено, что в этом кольце можно отыскать еще 16(!) спутников.

Магнитосфера

Уран, как многие планеты, имеет магнитосферу. Она необычна тем, что ось симметрии её наклонена почти на 60 градусов оси вращения (у Земли этот угол составляет 12 градусов). Если бы так обстояло дело на Земле, то ориентирование с помощью компаса имело бы интересную особенность: стрелка почти совсем бы не попадала указателем на север или юг, а была бы нацелена на две противоположные точки 30-х параллелей. Вероятно, магнитное поле вокруг планеты генерируется движениями в сравнительно поверхностных областях Урана, а не в его ядре. Источник поля - неизвестен; существование гипотетического электропроводящего океана воды или аммиака пока не подтверждено исследованиями. Как на Земле, так и на других планетах, источником магнитного поля считают течения в расплавленных породах, расположенных недалеко от ядра.

Интенсивность поля на поверхности Урана в общих чертах сравнима с Земной, хотя оно и сильнее изменяется в разных точках поверхности из-за большого смещения оси симметрии поля от центра Урана. Как у Земли, Юпитера и Сатурна, у Урана есть магнитный хвост, состоящий из захваченных полем заряженных частиц, растянувшийся на миллионы километров за Уран от Солнца. "Вояждер 2" "чувствовал" поле, по крайней мере, в 10-ти миллионах километров от планеты.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]Нептун — восьмая по удалённости от Солнца планета Солнечной системы. Планета была открыта в 1846 году и названа по имени бога морей в римской мифологии. Символ Нептуна — стилизированный трезубец, символ морского бога Нептуна.

Очень компактная газовая планета (плотность 1,64 г/см³) доминирует благодаря своей большой массе (17 × Земли) над всей внешней солнечной системой и влияет на орбиты многих тел меньшего размера таких как Плутон и транснептуновые объекты.

История открытия

Ночью 23 сентября 1846 Иоганн Галле (Johann Gottfried Galle) и Гейнрих д’Арре (Heinrich Louis d’Arrest), проводя наблюдения на обсерватории в Берлине, обнаружили планету всего в одном градусе от положения, рассчитанного в 1846 году французским астрономом Урбеном Леверье на основании данных о небольших возмущениях в движении Урана. Немного менее точное предсказание английского астронома Джона Адамса (John Couch Adams), сделанное на год раньше, встретило в Англии необоснованный скептицизм, и было опубликовано только после открытия планеты. Несмотря на это, англичане развернули ожесточенные споры о национальном приоритете, и о том, как следует назвать планету. В конечном итоге, планета получила название Нептун по имени бога моря римской мифологии, которое предложил Леверье сразу же после открытия. Интересно, что рассчитанная Леверье и Адамсом орбита Нептуна очень быстро отклонялась от действительной орбиты планеты, и если бы поиски затянулись на несколько лет, то по этим вычислениям найти планету уже было бы нельзя.

Изучение

На самых лучших фотографиях, сделанных с Земли, можно различить отдельные яркие облака и яркую дымку над южным полюсом планеты. Космический аппарат «Вояджер-2» подтвердил эти наблюдения, когда прошёл всего в 5000 км над верхушками облаков планеты 25 августа 1989. Кроме того, он обнаружил много новых деталей, в том числе обширную циклоническую систему в южном полушарии — Большое тёмное пятно. К 1994 г. эта система распалась, а космический телескоп им. Хаббла обнаружил новое Большое тёмное пятно в северном полушарии.

«Вояджер-2» также обнаружил меньшую циклоническую систему с ярким ядром из перистых облаков, хорошо различимую систему полос, и многочисленные тонкие перистые облака. Также было обнаружено маленькое яркое облачко неправильной формы, совершающее один оборот за 16 часов. Оно получило название «Скутер», и может быть верхушкой выброса из нижних слоев атмосферы. Некоторые из этих деталей отбрасывают тени на более глубокие слои облаков, что дало первые данные о вертикальном расслоении атмосферы Нептуна. Высокие облака, находящиеся на 50—100 км выше основного слоя, вероятно, состоят из кристаллов метана, а более низкий и непрерывный уровень образован кристаллами аммиака или сульфида водорода. Перистые облака быстро изменяются, часто образуясь и исчезая всего за несколько часов. Таким образом, погода на Нептуне динамична и изменчива, как и на Земле.

Астрономические данные

Орбита Нептуна — одна из наиболее близких к окружности в Солнечной системе. Её большая полуось равна 4504,3 млн км при эксцентриситете всего 0,0086. Расстояние Нептуна до Солнца меняется в пределах 29,8—30,4 а. е. Наклонение орбиты к плоскости эклиптики равно 1°46'. Период обращения планеты вокруг Солнца равен 164,79 лет.

Максимальная звёздная величина Нептуна на земном небе равна 7,8, т.  е. он примерно в пять раз слабее самых слабых звёзд, видимых невооружённым глазом. В большие телескопы он выглядит как маленький голубоватый диск диаметром 2,3 угловых секунды.

Физические характеристики

У Нептуна, как и у других планет-гигантов, нет твердой поверхности, поэтому за уровень отсчета при измерении размеров планеты принимается уровень атмосферы, на котором давление составляет 1 бар. Экваториальный диаметр Нептуна равен 49528 км, полярный — 48680 км; его масса — 1.02×1026 кг — превосходит земную в 17,14 раз. Таким образом, эта планета немного меньше и тяжелее Урана. Средняя плотность Нептуна — 1,76 г/см³. Уровень солнечной энергии в окрестностях Нептуна очень мал и составляет около 8 Вт/м².

Атмосфера Нептуна на 98–99 % состоит из водорода и гелия. В ней содержится также 1–2 % метана. Перистые облака в атмосфере Нептуна, скорее всего, состоят из кристаллов замёрзшего метана. Сильные линии поглощения метана, доминирующие в спектре планеты, придают Нептуну интенсивный синий цвет. В спектре обнаружены также следы молекулярного водорода и этана. В микроволновом диапазоне обнаруживается присутствие небольших количеств аммиака.

Температура в атмосфере Нептуна меняется с глубиной. На уровне 0,1 бар температура минимальна — 50 К. Выше температура растет, достигая 750 К на высоте 2000 км (при давлении 10—11 бар), и далее остается постоянной. Также температура растет к центру планеты, где ожидаются значения температуры в 7000 К и давление в 5×106 бар. На уровне 1 бар температура атмосферы равна 74 К. Учитывая расстояние планеты до Солнца, ожидалось, что эффективная температура Нептуна составляет около 45 К, но оказалось, что она равна 59,3 К. Таким образом, на Нептуне часть тепла поступает из внутренних источников.

Ось вращения Нептуна наклонена к плоскости орбиты на 29°34'. Период вращения магнитного поля Нептуна, который, как полагают, связан с вращением ядра планеты, был определен «Вояджером-2» и составляет 16,11 часов (16 часов 07 минут). Большинство облаков вращаются с другими периодами, составляющими от 12 часов вблизи от южного полюса до 18 часов возле экватора. Это означает, что на Нептуне дуют ветры со скоростями до 2400 км/час, направленные против вращения планеты. Это самые сильные ветры в Солнечной системе.

«Вояджер-2» обнаружил, что ось магнитного поля Нептуна наклонена на 46° к оси вращения планеты, и смещена от центра планеты на расстояние в 0,55 радиуса планеты. В результате, напряженность магнитного поля сильно варьирует по поверхности планеты — от 0,1 гаусс в северном полушарии до 1 гаусс в южном. Полагают, что магнитное поле Нептуна порождается не ядром планеты, а мантией, богатой аммиаком. Сильный наклон оси магнитного поля приводит к тому, что траектории движения заряженных частиц в магнитосфере планеты пересекают траектории движения спутников и колец; в результате многие заряженные частицы поглощаются спутниками и кольцами, и их концентрация в магнитосфере уменьшается. Кроме того, «Вояджер» обнаружил на Нептуне полярные сияния, хотя и гораздо более слабые, чем на Земле. Они имеют сложный характер и распространяются на больших участках планеты, не только вокруг магнитных полюсов.

Полагают, что Нептун имеет ядро из расплавленных скальных пород, окружённое внешним ядром из частично расплавленной смеси аммиака, воды и метана, не разделённой на слои.
По данным на июнь 2005 г., у Нептуна 13 спутников.

Кольца

До пролёта «Вояджера-2» наличие у Нептуна колец было предметом оживленной дискуссии. Некоторые наземные наблюдения позволяли предположить, что вокруг планеты расположены неправильные дуги. Снимки «Вояджера» показали, что вокруг планеты существуют пять колец: два ярких и узких и три более слабых. Некоторые сектора внешнего яркого кольца значительно ярче, чем другие, и именно они были открыты при наблюдениях с Земли. Протяжённость таких дуг составляет от 1000 до 10000 км. Три самых ярких из них получили названия Свобода, Равенство и Братство. Яркие кольца (1989N2R, Леверье и 1989N1R, Адамс) расположены на расстояниях 53 тыс. км и 63 тыс. км. Внутреннее яркое кольцо имеет ширину всего 15 км. Спутники Галатея и Деспина движутся как раз по внутреннему краю 1989N1R и 1989N2R соответственно, и, возможно, участвуют в их формировании. Одно из широких колец расположено на расстоянии 42 тыс. км (1989N3R, Галле), другое — между яркими кольцами (1989N4R Лассель, Араго), и третье, по-видимому, заполняет пространство между внутренним широким кольцом и планетой. Кольца не отражают радиоволн, что указывает на отсутствие в них частиц размером крупнее сантиметра. То, что кольца лучше видны, если Солнце подсвечивает их сзади, указывает на преобладание пылевидных частиц. Возможно, кольца состоят из метанового льда, потемневшего под действием излучения Солнца.

Интересные факты

Галилей, при наблюдениях спутников Юпитера 28 декабря 1612 г. и 28 января 1613 г., обнаружил изменение относительного положения двух звёзд. Только через 366 лет, в 1979 г. выяснилось, что одной из этих «звёзд» был Нептун.