Відмінності між версіями «Учнівська вікі-стаття "Планети-гіганти"»

Версія за 16:23, 11 вересня 2013

Назва проекту

Планети-гіганти

Автори проекту

2 група учнів 11 класу

Тема дослідження

Особливості будови, загальні риси планет-гігантів

Проблема дослідження

За якими ознаками деякі планети Сонячної системи об'єднуються в групу планет-гігантів. Що спільного в будові цих планет?

Гіпотеза дослідження

Планети-гіганти - це газові планети, які мають багато супутників і віддалені від центру Сонячної системи.

Мета дослідження

Познайомитись з планетами-гігантами, особливостями їх будови.

Результати дослідження

Газові планети (планети-гіганти, газові гіганти) — планети, які мають у своєму складі значну частку газу (водень і гелій). У Сонячній системі це Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Найбільша наразі відома газова планета TrES-4b (сузір'я Геркулес). Відповідно до гіпотези походження Сонячної системи, планети-гіганти утворилися пізніше за планети земної групи, коли температура навколосонячної туманності опустилася до точки кристалізації газу. В цей час всі тугоплавкі елементи вже були у твердій формі в складі більш близьких до Сонця планет. Гіпотези про внутрішню будову газових планет припускають існування декількох шарів. На певній глибині тиск в атмосфері газових планет досягає значення достатнього для переходу водню в рідкий стан. Також, якщо планета досить велика, то можливе існування шару металічного водню (стану, де протони і електрони існують окремо),потоки електронів, в якому породжують потужне магнітне поле планети. Також можливе існування невеликого кам'яного чи металічного ядра. Період обертання газових планет навколо своєї осі становить 9—17 годин. В атмосфері газових планет дують потужні вітри та гігантські вихори (Велика червона пляма на Юпітері, Велика Біла пляма на Сатурні, Велика Темна пляма на Нептуні). Газовими можуть бути тільки великі планети, які можуть втримати гелій та водень. Більшість виявлених екзопланет теж є газовими. Як показали виміри апарата «Галілео», тиск і температура швидко ростуть вже у верхніх шарах газових планет. На глибині 130 км в атмосфері Юпітера температура становить 145 °C , тиск — 24 атмосфери. Розповідь про планети-гіганти розпочнемо з Юпітера — найбільшої планети Сонячної системи. Його радіус в 11 разів більший за земний, а маса майже в 2,5 разу переважає суму мас інших планет. Незважаючи на розміри, цей велетень обертається навколо своєї осі найшвидше з усіх планет. Це є причиною значного стиску Юпітера біля полюсів — його екваторіальний ра¬діус в на 7% (на 4500 км) більший за полярний. Обертання Юпітера має зона¬льний характер. Екваторіальний пояс повний оберт здійснює за 9 год. 50,5 хв., помірний — на 5,2 хв. повільніше. На білому диску планети чітко виділяються світлі та темні смуги, паралельні до екватора. Юпітер не має твердої пове¬рхні. Він майже весь є рідким тілом, лише в центрі міститься надщільне ядро діаметром до 10000 км. Зовнішня воднево-гелієва оболонка Юпітера — це доволі густа атмосфера. Температура її верхніх шарів -130°С, а тиск 1 атм. Із глибиною ці параметри, як і густина, значно зростають. На глибині 24000 км, Де тиск 3 млн атм і температура 11000°С, водень переходить у рідку фазу і стає електропровідним. У центрі ядра планети тиск складає 80 млн. атм, а температура 30 000°С. 74% маси Юпітера становить водень, 20% — гелій і 6% — важкі елементи, які містяться в надрах планети. За хімічним складом Юпітер дуже схожий на Сонце, і його часто називають несформованою зорею. Якщо враховувати площу і відбиваючу здатність поверхні Юпітера, інтенсивність випромінювання Сонця та відстань між ними, температура на рівні хмар планети, за розрахунками, мала б бути на 17°С нижчою, ніж зареєстрована. Додаткове тепло надходить із надр планети. Виділення енергії відбувається внаслідок гравітаційного стискання і свідчить про те, що формування Юпітера ще триває. Однією з найвиразніших деталей на поверхні Юпітера є Велика Червона Пляма, про яку відомо із другої половини XVII століття. Це овальне утворення має розміри 15х30 тис. км. Рухається Велика Червона, Пляма повільніше, ніж обертається зона, у якій вона знаходиться. Велика Червона Пляма.— потужний антициклон, що обертається проти годинникової стрілки з періодом 6 земних діб. Час існування вихору в такій густій атмосфері, як юпітеріанська, може сягати 10 000 років. На поверхні Юпітера помічені й ін¬ші схожі, але менші новоутворення такої ж природи, зокрема Біля Пляма. Юпітер має потужне магнітне поле (у 50 разів сильніше за земне), скла¬дну систему радіаційних поясів і є сильним джерелом радіовипромінювання. У 1979 році американський космічний апарат «Вояджер-1» сфотографу¬вав кільце Юпітера. Зовнішній радіус кільця 126 000 км. Воно дуже тонке і повернуте до Землі ребром, тому і непомітне. Кільце складається з пилу та невеликих брил діаметром до 1 м. Існування кільця Юпітера у 50-х роках XX століття передбачив професор Київського університету С.К.Всехсвятський. Навколо Юпітера, за сучасними даними, обертається 28 супутників. Іо, Ганімед, Каллісто та Європа — найбільші, мають кулясту форму і відкриті у 1610 році Галілео Галілеєм. їх часто називають галілеєвими супутниками. Вони обертаються майже в площині екватора планети і повернуті до неї зав¬жди одним боком, як і Місяць до Землі. Ганімед — найбільший супутнику у Сонячній системі, він більший навіть за Меркурій. Іо — єдиний у Сонячній си¬стемі вулканічно-активний супутник, на ньому виявлено 7 діючих вулканів, які викидають гази і пил на висоту до 300 км. У Ганімеда та Каллісто виявлені атмосфери. Усі інші супутники, крім чотирьох згаданих, мають неправильну форму і розміри від 10 до 280 км. Більшість їх відкрита нещодавно. Сатурн — друга за величиною і шоста від Сонця планета Сонячної сис¬теми. Ця планета-гігант дуже схожа на Юпітер. Її швидке обертання навколо осі теж має зональний характер, а невелика Середня густина (найменша у Сонячній системі) свідчить про воднево-гелієвий склад. Швидке осьове обер¬тання є причиною значного стиску Сатурна — екваторіальний радіус на 10% більший за полярний. Від Сонця 1м2 Сатурна отримує в 92 рази менше енергії, ніж 1м2 Землі, до того ж, 45% цієї енергії він відбиває. Температура його верхніх шарів мала б бути нижчою за зареєстровані -170°С. Як і в Юпітера, тепло надходить із надр Сатурна. У 70-х роках минулого століття планету досліджували американські апарати «Піонер», а в 1980-1981 році повз неї пролітали «Вояджер-1» та «Вояджер-2». Сатурн має магнітне поле і є джерелом радіовипромінювання. У 1656 році голландський фізик X. Гюйгенс (1629-1695) відкрив кільце Сатурна, і відтоді воно стало «візитною карткою» планети. У невеликі теле¬скопи видно два кільця, які розділені темним проміжком — щілиною Кассіні (її виявив у 1675 році французький астроном Д. Кассіні (1625-1712)). Пізніше було встановлено складну структуру сатурнового кільця. Воно складається з величезної кількості кілець-орбіт, по яких рухаються мільярди твердих час¬тинок розмірами від кількох сантиметрів до 10-15 м. Матеріал кілець — во¬дяний лід — добре відбиває світло, тому їх добре видно. Кільця Сатурна ле¬жать у площині екватора планети, а обертання частинок у кільцях відбуваєть¬ся згідно із III законом Кеплера. Ширина кілець Сатурна 65000 км, а товщина менша ніж 1 км. При русі змінюється взаємне розташування Землі та Сатур¬на, а, отже, і видимість кілець. Через кожні 14,7 років вони повернуті до на¬шої планети ребром і тому непомітні. Чергове «зникнення» кілець відбудеть¬ся у 2009 році. На даний час відомо, що Сатурн має 30 супутників. Більшість із них — відносно невеликі тверді тіла неправильної форми, густо вкриті кратерами. Проте найбільший супутник — Титан — у Сонячній системі поступається лише Ганімеду, але теж більший за Меркурій. Титан має потужну азотно-метанову атмосферу. У 1781 році англійський астроном В. Гершель (1738-1822) відкрив сьо¬му планету Сонячної планети. Спочатку вчений вирішив, що це комета. Ви¬являється, планету спостерігали і раніше, вважаючи її звичайною зіркою. У 1690 році Д. Флемстід вніс її до каталогу як одну із зір сузір'я Тельця. Гершель назвав планету на честь короля Англії Georgium Sidus (Планета Георга), інші назвали її планетою Гершеля. Лише з 1850 року, за традицією на¬зивати планети іменами грецьких богів, небесне тіло має сучасну назву — Уран. У 1986 році за 81500 км від Урана пролетів «Вояджер-2». Тисячі фото¬графій та інша інформація, передана космічним апаратом, значно збагатила знання землян про віддалену планету/ Уран учетверо більший за Землю. Вісь планети лежить майже в площи¬ні орбіти, до того ж, Уран, як і Венера, обертається у зворотному напрямі (зі сходу на захід). Вважають, що таке аномальне для Сонячної системи обер¬тання спричинене зіткненням цих планет із великими космічними тілами на ранніх стадіях еволюції. Припускають, що 50% маси Урана становить водяний лід, 40% — кам'яні породи, а 10% — водень та інші гази. Атмосфера Урана має інший склад (50% молекулярного водню, 15% ге¬лію, 20% метану, 5% аміаку). Температура хмарового покриву (-215°С) на 10-15°С вища за теоретично обчислену — це, імовірно, є підтвердженням внутрішніх джерел енергії планети. В атмосфері планети дмуть сильні вітри їх швидкість сягає 160 м/с. Уран має магнітне поле, дещо слабше за земне. Як і інші планети-гіганти, Уран має кільця. їх виявили у 1977 році, спо¬стерігаючи покриття планетою слабких зір. Загалом відкрили 9 кілець. «Вояджер-2» виявив ще кілька додаткових. Усі кільця доволі вузькі і лише зовні¬шнє має ширину близько 96 км. Кільця складаються з різних за розмірами елементів — від пилинок до брил, діаметром 10 м. Два невеликих супутни¬ки— Корделія та Офелія — рухаються всередині зовнішнього кільця. Зага¬лом же Уран має 17 відомих супутників. Уже перші спостереження за Ураном засвідчили, що він рухається не так як мав би під дією гравітації Сонця та інших відомих планет. Причиною неправильностей могло бути невідоме масивне небесне тіло. Припустивши, що це планета, орбіта якої зовні уранової, вчені взялися обчислити її поло¬ження на небі. Із завданням упоралися французький астроном У. Левер'є (1811-1877) та англійський астроном Дж. Адамс (1819-1892). Вони розраху¬вали елементи орбіти невідомої планети та її масу. 23 серпня 1846 року німецький астроном Й. Галле, за даними Левер'є, виявив планету. Так відкрили Нептун. Ця подія є дивовижним досягненням небесної механіки, яке мало величезне значення для природознавства. За фізичними властивостями Нептун дуже схожий на Уран. Період обе¬ртання Нептуна навколо Сонця майже 165 років, тобто з часу відкриття пла¬нета ще не зробила повний оберт по своїй майже коловій орбіті (ексцентри¬ситет 0,009). Нептун має воднево-гелієву атмосферу (84% — водень, 15% — гелій, 1% — метан), блакитний колір якої, як і в Урана, визначається поглинанням червоного світла метаном. У Нептуна найвища середня густина з усіх гігантів. Вважають, що 70% маси планети зосереджена у товстій льодовій мантії. Нептун, імовірно, воло¬діє найбільшим запасом води (у вигляді льоду) в Сонячній системі. Нептун має сильне магнітне поле. У серпні 1989 року «Вояджер-2» пролетів поблизу Нептуна. З 1994 року дуже успішні спостереження за планетою проводяться за допомогою теле¬скопа імені Габбла, який перебуває на навколоземній орбіті. Найвідомішою деталлю на диску Нептуна є Велика Темна Пляма. Зі розмірами вона удвічі менша за Велику Червону Пляму Юпітера. «Вояджер-2» зафіксував також меншу темну пляму. Найімовірніше, обидві плями — вихори. Атмосфера Нептуна доволі мінлива, адже у ній дмуть найшвидші вітри у Сонячній системі (до 600 м/с). Кільця Нептуна виявлені у 1981 році тим же способом, що й уранові. Цікаво, що кільця мають власні назви, які увіковічують відкривачів планети (є кільце Адамс, Левер'є, Галле, Араго).

Висновки

В результаті дослідження вивчили особливості будови планет-гігантів. З'ясували, які їх загальні характеристики.

Корисні ресурси

Вікіпедія Планети-гіганти - Лекції з астрономії Планети-гіганти Загальна характеристика планет-гігантів