Наша Сонячна система, якщо мати на увазі її речовину, складається із Сонця та чотирьох планет-гігантів, а ще простіше – із Сонця та Юпітера, оскільки маса Юпітера більша, ніж усіх інших навколосонячних об'єктів – планет, комет, астероїдів – разом узятих. Фактично, ми живемо в подвійній системі Сонце-Юпітер, а вся інша «дрібниця» підкоряється їхній гравітації

Сатурн вчетверо менший за Юпітер за масою, але за складом схожий на нього: він теж в основному складається з легких елементів - водню і гелію щодо 9:1 за кількістю атомів. Уран і Нептун ще менш масивні і за складом багатшими важчими елементами – вуглецем, киснем, азотом. Тому групу із чотирьох гігантів зазвичай ділять навпіл, на дві підгрупи. Юпітер та Сатурн називають газовими гігантами, а Уран та Нептун – крижаними гігантами. Справа в тому, що Уран і Нептун мають не дуже товсту атмосферу, а більша частина їх обсягу - це крижана мантія; тобто досить тверда речовина. А у Юпітера та Сатурна майже весь обсяг зайнятий газоподібною та рідкою «атмосферою». При цьому всі гіганти мають залізокам'яні ядра, які перевищують за масою нашу Землю.

На перший погляд, планети-гіганти примітивні, а маленькі планети набагато цікавіші. Але може бути це тому, що ми поки що погано знаємо природу цих чотирьох гігантів, а не тому, що вони малоцікаві. Просто ми з ними слабо знайомі. Наприклад, до двох крижаних гігантів – Урана і Нептуна – за всю історію астрономії лише одного разу наближався космічний зонд («Вояджер-2», NASA, 1986 та 1989 рр.), та й то – пролетів, не зупиняючись, повз них. Чи багато він міг там побачити та виміряти? Можна сказати, що дослідження крижаних гігантів ми ще по-справжньому не приступали.

Газові гіганти вивчені набагато детальніше, оскільки крім прогонових апаратів («Піонер-10 та 11», «Вояджер-1 і 2», «Улісс», «Кассіні», «Нові горизонти», NASA та ESA) поряд з ними довго працювали штучні супутники: «Галілео» (NASA) у 1995-2003 рр. та «Джуно» (NASA) з 2016 р. досліджували Юпітер, а «Кассіні» (NASA та ESA) у 2004-2017 роках. вивчав Сатурн.

Найбільш глибоко було досліджено Юпітера, причому – у прямому сенсі: у його атмосферу з борту «Галілео» було скинуто зонд, який влетів туди зі швидкістю 48 км/с, розкрив парашут і за 1 годину опустився на 156 км нижче верхньої кромки хмар, де при зовнішньому тиску 23 атм і температурі 153 °C припинив передавати дані, мабуть, через перегрівання. На траєкторії спуску він виміряв багато параметрів атмосфери, включаючи навіть її ізотопний склад. Це помітно збагатило як планетологію, а й космологію. Адже гігантські планети не відпускають речовину, вони надовго зберігають те, з чого вони народилися; особливо це стосується Юпітера. У його хмарної поверхні друга космічна швидкість становить 60 км/сек; ясно, що жодній молекулі звідти ніколи не піти.

Тому ми думаємо, що ізотопний склад Юпітера, особливо склад водню, характерний для перших етапів життя, принаймні, Сонячна система, а, можливо, і Всесвіту. І це дуже важливо: співвідношення важкого та легкого ізотопів водню говорить про те, як у перші хвилини еволюції нашого Всесвіту протікав синтез хімічних елементів, які фізичні умови тоді були.

Юпітер швидко обертається з періодом близько 10 годин; а оскільки середня щільність планети невелика (1,3 г/см3), відцентрова сила помітно деформувала її тіло. При погляді планету можна побачити, що вона стиснута вздовж полярної осі. Ступінь стиснення Юпітера, тобто відносна різниця між його екваторіальним та полярним радіусами становить ( Rекв − Rпідлога)/ Rекв = 0,065. Саме середня густина планети (ρ ∝ M/R 3) та її добовий період ( T) визначають форму її тіла. Як відомо, планета – це космічне тіло у стані гідростатичної рівноваги. На полюсі планети діє лише сила тяжіння ( GM/R 2), а на екваторі їй протидіє відцентрова сила ( V 2 /R= 4π 2 R 2 /RT 2). Їх ставленням і визначається форма планети, оскільки тиск у центрі планети не повинен залежати від напрямку: екваторіальна колонка речовини повинна важити стільки ж, скільки полярна. Відношення цих сил (4π 2 R/T 2)/(GM/R 2) ∝ 1/(M/R 3)T 2 ∝ 1/(ρ T 2). Отже, що менше щільність і тривалість доби, то сильніша стиснута планета. Перевіримо: середня щільність Сатурна 0,7 г/см 3 період його обертання 11 год, - майже такий же, як у Юпітера, - а стиск 0,098. Сатурн стиснутий у півтора рази сильніше за Юпітера, і це легко помітити при спостереженні планет у телескоп: стиснення Сатурна впадає у вічі.

Швидке обертання планет-гігантів визначає не тільки форму їх тіла, а значить і форму їх диска, що спостерігається, але і його зовнішній вигляд: хмарна поверхня планет-гігантів має зональну структуру зі смугами різного кольору, витягнуті вздовж екватора. Потоки газу рухаються швидко, зі швидкостями в сотні кілометрів на годину; їхнє взаємне зміщення викликає зсувну нестійкість і разом із силою Коріоліса породжує гігантські вихори. Здалеку помітні Велика Червона Пляма на Юпітері, Великий Білий Овал на Сатурні, Велика Темна Пляма на Нептуні. Особливо знаменитий антициклон Велика Червона Пляма (БКП) на Юпітері. Колись БКП було вдвічі більше за нинішнє, його бачили ще сучасники Галілея у свої слабенькі телескопи. Сьогодні БКП зблідло, але все-таки цей вихор уже майже 400 років живе в атмосфері Юпітера, оскільки охоплює гігантську масу газу. Його розмір більше земної кулі. Така маса газу, якось закрутившись, не скоро зупиниться. На нашій планеті циклони живуть приблизно тиждень, а там – століття.

У будь-якому русі розсіюється енергія, отже потрібне її джерело. Кожна планета має дві групи джерел енергії – внутрішніми і зовнішніми. Ззовні на планету ллється потік сонячного випромінюванняі падають метеороїди. Зсередини планету гріє розпад радіоактивних елементів та гравітаційне стиск самої планети (механізму Кельвіна – Гельмгольця). . Хоча ми вже бачили, як на Юпітер падають великі об'єкти, що викликають потужні вибухи (комета Шумейкеров - Леві 9), оцінки частоти їх падіння показують, що середній потік енергії, що приноситься ними, істотно менше, ніж приносить сонячне світло. З іншого боку, роль внутрішніх джерел енергії є неоднозначною. У планет земної групи, які з важких тугоплавких елементів, єдиним внутрішнім джерелом тепла служить радіоактивний розпад, але його внесок мізерний проти теплом від Сонця.

У планет-гігантів частка важких елементів істотно нижча, зате вони масивніше і легше стискаються, що робить виділення гравітаційної енергії головним джерелом тепла. А оскільки гіганти віддалені від Сонця, внутрішнє джерело стає конкурентом зовнішньому: часом планета гріє себе найсильніше, ніж її нагріває Сонце. Навіть Юпітер, найближчий до Сонця гігант, випромінює (в інфрачервоній області спектру) на 60% більше енергії, ніж отримує від Сонця. А енергія, яку випромінює в космос Сатурн, у 2,5 рази більша за ту, яку планета отримує від Сонця.

Гравітаційна енергія виділяється як із стисненні планети загалом, і при диференціації її надр, т. е. при опусканні до центру щільнішого речовини і витісненні звідти більш «плавучого». Ймовірно, працюють обидва ефекти. Наприклад, Юпітер у нашу епоху зменшується приблизно на 2 см на рік. А відразу після формування він мав удвічі більший розмірстискався швидше і був значно теплішим. У своїх околицях тоді він грав роль маленького сонечка, на що вказують властивості його галілеєвих супутників: чим ближче вони до планети, тим щільніше і менше містять летких елементів (як і самі планети в Сонячній системі).

Крім стиснення планети як цілого, важливу роль гравітаційному джерелі енергії грає диференціація надр. Речовина поділяється на щільну та плавучу, і щільну тоне, виділяючи свою потенційну гравітаційну енергію у вигляді тепла. Ймовірно, в першу чергу, це конденсація і подальше падіння крапель гелію крізь шари водню, що спливають, а також фазові переходи самого водню. Але можуть бути явища і цікавіше: наприклад, кристалізація вуглецю - дощ з алмазів (!), Щоправда, виділяє не дуже багато енергії, оскільки вуглецю мало.

Внутрішня будова планет-гігантів поки що вивчається лише теоретично. На пряме проникнення їх надра в нас мало шансів, а методи сейсмології, т. е. акустичного зондування, до них поки що не застосовувалися. Можливо, колись ми навчимося просвічувати їх з допомогою нейтрино, але ще далеко.

На щастя, в лабораторних умовах вже непогано вивчено поведінку речовини за тих тисків і температур, які панують у надрах планет-гігантів, що дає підстави для математичного моделювання їх надр. Для контролю за адекватністю моделей внутрішньої будови планет є методи. Два фізичні поля, - магнітне і гравітаційне, - джерела яких знаходяться в надрах, виходять в навколишній простір, де їх можна вимірювати приладами космічних зондів.

На структуру магнітного полядіє багато спотворюючих факторів (околопланетна плазма, сонячний вітер), проте гравітаційне поле залежить тільки від розподілу щільності всередині планети. Чим сильніше тіло планети відрізняється від сферично-симетричного, тим складніше її гравітаційне поле, тим більше в ньому гармонік, що відрізняють його від простого ньютоновського. GM/R 2 .

Приладом для вимірювання гравітаційного поля далеких планет, як правило, є сам космічний зонд, точніше – його рух у полі планети. Чим далі зонд від планети, тим слабше у його русі виявляються дрібні відмінності поля планети від сферично-симетричного. Тому необхідно запускати зонд якомога ближче до планети. З цією метою з 2016 року поряд із Юпітером працює новий зонд Juno (NASA). Він літає полярною орбітою, чого раніше не було. На полярній орбіті вищі гармоніки гравітаційного поля виявляються помітнішими, оскільки планета стиснута, а зонд іноді підходить дуже близько до поверхні. Саме це дає можливість виміряти найвищі гармоніки розкладання гравітаційного поля. Але з цієї ж причини зонд незабаром закінчить свою роботу: він пролітає через найбільш щільні області радіаційних поясів Юпітера, і його апаратура від цього сильно страждає.

Радіаційні пояси Юпітера колосальні. При великому тиску водень у надрах планети металізується: його електрони узагальнюються, втрачають зв'язок з ядрами, і водень стає провідником електрики. Величезна маса надпровідного середовища, швидке обертання та потужна конвекція – ці три фактори сприяють генерації магнітного поля за рахунок динамо-ефекту. У колосальному магнітному полі, що захоплює заряджені частинки, що летять від Сонця, формуються жахливі радіаційні пояси. У найбільш щільній частині лежать орбіти внутрішніх галилеевых супутників. Тому на поверхні Європи людина не прожила і дня, а на Іо – години. Навіть космічній роботі нелегко там перебувати.

Більш віддалені від Юпітера Ганімед і Каллісто у цьому сенсі значно безпечніші для дослідження. Тому саме туди Роскосмос має намір у майбутньому надіслати зонд. Хоча Європа з її підлідним океаном була б набагато цікавішою.

Крижані гіганти Уран та Нептун виглядають проміжними між газовими гігантами та планетами земного типу. Порівняно з Юпітером і Сатурном у них менший розмір, маса та центральний тиск, але при цьому їхня відносно висока середня щільність вказує на велику частку елементів групи CNO. Протяжна та масивна атмосфера Урану та Нептуна в основному воднево-гелієва. Під нею водна з домішкою аміаку та метану мантія, яку прийнято називати крижаною. Але у планетологів прийнято називати «льодами» самі хімічні елементигрупи CNO та їх сполуки (H 2 O, NH 3 , CH 4 тощо), а не їх агрегатний стан. Так що мантія більшою мірою може бути рідкою. А під нею лежить порівняно невелике залізно-кам'яне ядро. Оскільки концентрація вуглецю в надрах Урану і Нептуна вища, ніж у Сатурна і Юпітера, в основі їх крижаної мантії може лежати шар рідкого вуглецю, в якому конденсуються кристали, тобто алмази, що осідають вниз.

Підкреслю, що внутрішня будова планет-гігантів активно обговорюється, і конкуруючих моделей поки що досить багато. Кожен новий вимір з борту космічних зондів та кожен новий результат лабораторного моделювання в установках високого тиску призводять до перегляду цих моделей. Нагадаю, що прямий вимір параметрів дуже неглибоких шарів атмосфери і тільки у Юпітера було здійснено лише одного разу зондом, скинутим із «Галілео» (NASA). А все інше – непрямі виміри та теоретичні моделі.

Магнітні поля Урана та Нептуна слабші, ніж у газових гігантів, але сильніші, ніж у Землі. Хоча в поверхні Урана і Нептуна індукція поля приблизно така ж, як у поверхні Землі (частки гауса), але об'єм, а отже, і магнітний момент набагато більший. Геометрія магнітного поля в крижаних гігантів дуже складна, далека від простої дипольної форми, характерної Землі, Юпітера і Сатурна. Імовірна причина в тому, що генерується магнітне поле у ​​відносно тонкому електропровідному шарі мантії Урана та Нептуна, де конвекційні потоки не мають високим ступенемсиметрії (оскільки товщина шару набагато менше його радіусу).

При зовнішній схожості Уран і Нептун не можна назвати близнюками. Про це свідчить їхня різна середня щільність (відповідно 1,27 і 1,64 г/см 3 ) та різна інтенсивність виділення тепла в надрах. Хоча Уран у півтора рази ближче до Сонця, ніж Нептун, і тому отримує від нього в 2,5 рази більше тепла, він холодніший від Нептуна. Справа в тому, що Нептун виділяє у своїх надрах навіть більше тепла, ніж отримує від Сонця, а Уран не виділяє майже нічого. Потік тепла з надр Урану поблизу його поверхні становить лише 0,042 ± 0,047 Вт/м 2 , що менше ніж Землі (0,075 Вт/м 2 ). Уран - найхолодніша планета в Сонячній системі, хоча і не найдальша від Сонця. Чи це пов'язано з його дивним обертанням «на боці»? Не виключено.

Тепер поговоримо про кільця планет.

Усі знають, що «окільцьована планета» – це Сатурн. Але при уважному спостереженні з'ясовується, що кільця є у всіх планет-гігантів. Із Землі їх помітити складно. Наприклад, кільце Юпітера ми не бачимо в телескоп, але помічаємо його у контровому освітленні, коли космічний зонд дивиться на планету з її нічного боку. Це кільце складається з темних і дуже дрібних частинок, розмір яких можна порівняти з довгої хвилісвітла. Вони практично не відбивають світло, але добре розсіюють його вперед. Тонкими кільцями оточені Уран та Нептун.

Загалом двох однакових кілець у планет не буває, вони всі різні.

Жартома можна сказати, що і у Землі є кільце. Штучне. Воно складається з кількох сотень супутників, виведених на геостаціонарну орбіту. У цьому малюнку як геостаціонарні супутники, а й ті, що у низьких орбітах, і навіть на високих еліптичних орбітах. Але геостаціонарне кільце виділяється з їхньої тлі цілком помітно. Втім, це малюнок, а не фото. Сфотографувати штучне кільце Землі поки що нікому не вдалося. Адже його повна маса невелика, а світловідбиваюча поверхня мізерна. Чи сумарна маса супутників у кільці складе 1000 тонн, що еквівалентно астероїду розміром 10 м. Порівняйте це з параметрами кілець планет-гігантів.

Помітити будь-який взаємозв'язок між параметрами кілець досить складно. Матеріал кілець Сатурна білий як сніг (альбедо 60 %), а інші кільця чорніші за вугілля (А = 2-3 %). Всі обручки тонкі, а у Юпітера досить товсте. Всі з каменів, а у Юпітера з порошин. Структура кілець теж різна: одні нагадують грамофонну платівку (Сатурн), інші – матрьоподібну купу обручів (Уран), треті – розмиті, дифузні (Юпітер), а кільця Нептуна взагалі замкнені і схожі на арки.

У голові не укладається відносно мала товщина кілець: при діаметрі сотні тисяч кілометрів їх товщина вимірюється десятками метрів. Ми ніколи не тримали в руках такі тонкі предмети. Якщо порівняти кільце Сатурна з аркушем паперу, то при його відомій товщині розмір аркуша був би з футбольне поле!

Як бачимо, кільця у всіх планет розрізняються за складом частинок, за їх розподілом, за морфологією – у кожної планети-гіганта своя унікальна прикраса, походження якої ми поки що не розуміємо. Зазвичай кільця лежать в екваторіальній площині планети і обертаються в той самий бік, куди обертається сама планета та група близьких до неї супутників. У давні часи астрономи вважали, що кільця вічні, що вони існують від моменту зародження планети і залишаться при ній назавжди. Зараз думка змінилася. Але розрахунки показують, що кільця не надто довговічні, що їх частки гальмуються і падають на планету, випаровуються та розсіюються у просторі, осідають на поверхні супутників. Так що прикраса ця тимчасова, хоч і довгоживуча. Наразі астрономи вважають, що кільце – це результат зіткнення чи припливного руйнування супутників планети. Можливо, кільце Сатурна наймолодше, тому воно таке масивне і багате на леткі речовини (снігом).

А так може сфотографувати хороший телескоп із гарною камерою. Але тут ще ми не бачимо біля кільця майже жодної структури. Давно була помічена темна «щілина» – розрив Кассіні, який понад 300 років тому відкрив італійський астроном Джованні Кассіні. Здається, що у розриві нічого немає.

Площина кільця збігається з екватором планети. Іншого й бути не може, оскільки у симетричної сплющеної планети вздовж екватора в гравітаційному полі потенційна яма. На серії знімків, отриманих з 2004 по 2009 рр., ми бачимо Сатурн та його кільце у різних ракурсах, оскільки екватор Сатурна нахилений до площини його орбіти на 27°, а Земля завжди недалеко від цієї площини. У 2004 р. ми точно опинилися у площині кілець. Самі розумієте, за товщини кілька десятків метрів самого кільця ми не бачимо. Проте чорна смужка на диску планети відчувається. Це тінь кільця на хмарах. Вона видно нам, оскільки Земля і Сонце з різних напрямів дивляться на Сатурн: ми дивимося точно в площині кільця, але Сонце освітлює трохи під іншим кутом і тінь кільця лягає на хмарний шар планети. Якщо є тінь, то в кільці досить щільно упакована речовина. Тінь кільця зникає лише в дні рівнодення на Сатурні, коли Сонце виявляється точно у його площині; і це незалежно вказує на малу товщину кільця.

Кільцю Сатурна присвячено багато робіт. Джеймс Клерк Максвелл, той самий, що прославився своїми рівняннями електромагнітного поля, дослідив фізики кільця і ​​показав, що воно не може бути єдиним твердим предметом, а має складатися з дрібних частинок, інакше відцентрова сила його розірвала б. Кожна частка летить по своїй орбіті - чим ближче до планети, тим швидше.

Погляд будь-який предмет з іншого боку завжди корисний. Там, де в прямому світлі ми бачили чорноту, провал у кільці, тут ми бачимо речовину; просто воно іншого типу, інакше відбиває і розсіює світло

Коли космічні зонди надіслали нам знімки обручки Сатурна, нас вразила його тонка структура. Але ще в XIX у видатні спостерігачі на обсерваторії Пік-дю-Міді у Франції саме цю структуру бачили оком, але їм тоді ніхто особливо не повірив, бо ніхто крім них такі тонкощі не помічав. Але виявилося, кільце Сатурна саме таке. Пояснення цій тонкій радіальній структурі кільця фахівці із зіркової динаміки шукають у рамках резонансної взаємодії частинок кільця з масивними супутниками Сатурна поза кільцем та дрібними супутниками всередині кільця. У цілому нині теорія хвиль щільності справляється із завданням, але до пояснення всіх деталей далеко.

На верхньому фото денний бік кільця. Зонд пролітає через площину обручки, і ми бачимо на нижньому фото, як воно повернулося до нас нічною стороною. Речовина в розподілі Кассіні стала цілком помітною з тіньового боку, а яскрава частина кільця, навпаки, потемніла, оскільки вона щільна і непрозора. Там, де була чорнота, з'являється яскравість, тому що дрібні частки не відбивають, але розсіюють світло вперед. Ці знімки показують, що речовина є скрізь, просто частинки різного розміру та структури. Які фізичні явища сепарують ці частинки, ми поки що не дуже розуміємо. На верхньому знімку видно Януса – один із супутників Сатурна.

Треба сказати, що хоч і близько від кільця Сатурна пролітали космічні апарати, проте жодному з них не вдалося побачити реальні частинки, що становлять кільце. Ми бачимо лише загальний їхній розподіл. Окремі брили побачити не вдається, не ризикують апарат усередину кільця запускати. Але колись це доведеться зробити.

З нічного боку Сатурна відразу з'являються ті слабко видимі частини кілець, які у прямому світлі видно.

Це не справжній кольоровий знімок. Квітами тут показаний характерний розмір частинок, які становлять ту чи іншу область. Червоні – дрібні частинки, бірюзові – більші.

У ту епоху, коли кільце розверталося рубом до Сонця, тіні від великих неоднорідностей лягають на площину кільця ( верхнє фото). Найдовша тінь тут – від супутника Мімас, а численні дрібні піки, які у збільшеному зображенні показані на врізанні, однозначного пояснення поки що не отримали. За них відповідальні виступи кілометрового розміру. Не виключено, що деякі з них – це тіні від найбільшого каміння. Але квазірегулярна структура тіней (фото внизу) більше відповідає тимчасовим скупченням частинок, що виникають внаслідок гравітаційної нестійкості.

Уздовж деяких кілець літають супутники, так звані "сторожові пси" або "пастуші собаки", які своєю гравітацією утримують від розмиття деякі кільця. Причому самі супутники досить цікаві. Один рухається всередині тонкого кільця, інший зовні (наприклад, Янус та Епіметей). Вони мають орбітальні періоди трохи різні. Внутрішній ближче до планети і, отже, швидше облітає її, наздоганяє зовнішній супутник і за рахунок взаємного тяжіння змінює свою енергію: зовнішній пригальмовується, внутрішній прискорюється, і вони змінюються орбітами - той, що загальмував, переходить на низьку орбіту, а той, що у на високу. Так вони роблять кілька тисяч оборотів, а потім знову міняються місцями. Наприклад, Янус та Епіметей змінюються місцями раз на 4 роки.

Кілька років тому відкрили найдальше кільце Сатурна, про яке взагалі не підозрювали. Це кільце пов'язане із супутником Феба, з поверхні якого летить пил, заповнюючи область вздовж орбіти супутника. Площина обертання цього кільця, як і супутника, не пов'язана з екватором планети, оскільки через велику відстань гравітація Сатурна сприймається як поле точкового об'єкта.

Кожна гігантська планета має сімейство супутників. Особливо багаті на них Юпітер і Сатурн. На сьогоднішній день у Юпітера їх 69, а у Сатурна 62 і регулярно виявляються нові. Нижня межа маси та розміру для супутників формально не встановлена, тому для Сатурна це число умовне: якщо поблизу планети виявляється об'єкт розміром 20-30 метрів, то що це супутник планети чи частка її кільця?

У будь-якому численному сімействі космічних дрібних тіл завжди більше, ніж великих. Супутники планет – не виняток. Дрібні супутники - це, як правило, брили неправильної форми, що в основному складаються з льоду. Маючи розмір менше 500 км, вони не в змозі своєю гравітацією надати собі сфероїдальної форми. Зовні вони дуже схожі на астероїди та ядра комет. Ймовірно, багато з них такими і є, оскільки рухаються далеко від планети по хаотичних орбітах. Планета могла захопити їх, а за деякий час може втратити.

З малими астероїдоподібними супутниками ми поки що не дуже близько знайомі. Детальніше інших досліджено такі об'єкти у Марса – два його невеликі супутники, Фобос і Деймос. Особливо пильну увагу було до Фобосу; на його поверхню навіть зонд хотіли відправити, але поки що не вийшло. Чим уважніше придивляєшся до будь-якого космічного тіла, тим більше в ньому загадок. Фобос – не виняток. Подивіться, які дивні структури йдуть вздовж поверхні. Вже кілька фізичних теорій існує, які намагаються пояснити їх освіту. Ці лінії з дрібних провалів та борозен схожі на меридіани. Але фізичної теорії їх формування поки що ніхто не запропонував.

Усі дрібні супутники несуть у собі численні сліди ударів. Іноді вони стикаються один з одним і з тілами, що приходять здалеку, дробляться на окремі частини, а можуть і об'єднуватися. Тому відновити їхнє далеке минуле і походження буде нелегко. Але серед супутників є й ті, що генетично пов'язані з планетою, оскільки рухаються поруч із нею в площині її екватора і, швидше за все, мають спільне з нею походження.

Особливий інтерес мають великі планетоподібні супутники. У Юпітера їх чотири; це так звані «галілеєві» супутники – Іо, Європа, Ганімед та Каллісто. У Сатурна виділяється своїм розміром та масою могутній Титан. Ці супутники за своїми внутрішніми параметрами майже не відрізняються від планет. Просто їх рух навколо Сонця контролюється ще масивнішими тілами – материнськими планетами.

Ось перед нами Земля та Місяць, а поряд у масштабі супутник Сатурна Титан. Чудова маленька планета з щільною атмосферою, з рідкими великими морами з метану, етану і пропану на поверхні. Моря зі зрідженого газу, який при температурі поверхні Титану (-180 ° C) знаходяться в рідкому вигляді. Дуже приваблива планета, тому що на ній буде легко та цікаво працювати – атмосфера щільна, надійно захищає від космічних променів і за складом близька до земної атмосфери, оскільки теж в основному складається з азоту, хоч і позбавлена ​​кисню. Вакуумні скафандри там не потрібні, оскільки атмосферний тиск майже як на Землі, навіть трохи більше. Тепло одягнулися, балончик із киснем за спину, і ви легко працюватимете на Титані. До речі, це єдиний (крім Місяця) супутник, на поверхню якого вдалось посадити космічний апарат. Це був "Гюйгенс", доставлений туди на борту "Кассіні" (NASA, ESA), і посадка була досить вдалою.

Ось єдиний знімок, зроблений на поверхні Титану. Температура низька, тому брили – це дуже холодний водяний лід. Ми в цьому впевнені, тому що Титан взагалі здебільшого складається з водяного льоду. Колір червонувато-рудуватий; він природний і пов'язані з тим, що у атмосфері Титану під впливом сонячного ультрафіолету синтезується досить складні органічні речовини під назвою «толини». Димка з цих речовин пропускає до поверхні переважно помаранчевий і червоний колір, досить сильно його розсіюючи. Тому вивчати із космосу географію Титану досить складно. Допомагає радіолокація. У цьому сенсі ситуація нагадує Венеру. До речі, і циркуляція атмосфери на Титані теж венеріанського типу: по одному потужному циклону в кожній півкулі.

Супутники інших планет-гігантів також оригінальні. Це Іо – найближчий супутник Юпітера. На такій самій відстані знаходиться, що і Місяць від Землі, але Юпітер – гігант, а отже, діє на свій супутник дуже сильно. Юпітера розплавило надра супутника і на ньому бачимо безліч діючих вулканів (чорні точки). Видно, що навколо вулканів викиди лягають балістичними траєкторіями. Адже там практично немає атмосфери, тому те, що викинуто з вулкана, летить параболем (або еліпсом?). Мала сила тяжіння на поверхні Іо створює умови для високих викидів: 250-300 км нагору, а то й прямо в космос!

Другий від Юпітера супутник – Європа. Вкрита крижаною корою, як наша Антарктида. Під корою, товщина якої оцінюється в 25-30 км, океан рідкої води. Крижана поверхня покрита численними давніми тріщинами. Але під впливом підлідного океану пласти льоду повільно рухаються, нагадуючи цим дрейф земних материків.

Тріщини у льоду іноді відкриваються, і звідти фонтанами виривається вода. Тепер ми це достеменно знаємо, оскільки бачили фонтани за допомогою космічного телескопа «Хаббл». Це відкриває перспективу досліджувати воду Європи. Дещо про неї ми вже знаємо: це солона вода, добрий провідник електрики, на що вказує магнітне поле. Її температура, ймовірно, близька до кімнатної, але про її біологічний склад ми поки що нічого не знаємо. Хотілося б зачерпнути та проаналізувати цю воду. І експедиції із цією метою вже готуються.

Інші великі супутники планет, включаючи наш Місяць, не менш цікаві. По суті вони представляють самостійну групу планет-супутників.

Тут у одному масштабі показані найбільші супутники проти Меркурієм. Вони нічим йому не поступаються, а за своєю природою деякі з них навіть цікавіші.

Кільця Сатурна, головні позначені … Вікіпедія

Схема кілець та орбіт супутників Урана Кільця Урана система кілець, що оточують Уран. Вона займає проміжне за складністю становище міжнародного … Вікіпедія

Схема супутників і кілець Нептуна Кільцева система Нептуна набагато менш істотна, ніж, наприклад, у Сатурна.

Система кілець навколо сатурноподібної планети у виставі художника. Кільця екзопланет це утворення навколо екзопланет, подібні кільцям планет нашої Сонячн … Вікіпедія

- … Вікіпедія

Художнє зображення кілець Реї. Щільність частинок у кільцях перебільшена… Вікіпедія

У цьому списку зібрані планети вигаданого всесвіту StarCraft, які з'являлися в офіційних матеріалах "Blizzard Entertainment". 1 Список планет 1.1 Сектор Копрулу 1.1.1 Система Айур ... Вікіпедія

Тіла Сонячної системи, що обертаються навколо Планет під дією їхнього тяжіння. Першими за часом відкриття (крім Місяця) є 4 найбільш яскравих супутника Юпітера: Іо, Європа, Ганімед і Каллісто, виявлені в 1610 р. Галілеєм. Велика радянська енциклопедія

Порівняльні розміри деяких супутників та Землі. Вгорі назви планет, довкола яких показані супутники звертаються. Супутники планет (у дужках вказано рік відкриття; списки відсортовані за датою відкриття). Зміст … Вікіпедія

Книги

• У світі безлічі місяців, Б. І. Сілкін, Книга популярно розповідає про світ природних супутників планет (крім Місяця). За останні роки наші знання про ці тіла Сонячної системи значно збагатилися, головним чином у… Категорія: Астрономія Видавець: Головна редакція фізико-математичної літератури видавництва "Наука",
• Космос, Кошевар Д., Загадковий і неосяжний космос завжди привертав увагу людей. Адже він містить у собі незліченну кількість туманних галактик і зловісних чорних дірок, різнокольорових планет і палаючих зірок.

Запитання 1. На які дві групи ділять планети?

Планети ділять на дві групи: планети земної групи та планети-гіганти.

Запитання 2. Чим планети-гіганти відрізняються від планет земної групи?

Це дійсно дуже великі планети, які в багато разів більші за будь-яку з планет земної групи. Всі планети-гіганти оточені атмосферою, що складається в основному з водню, мають великою кількістюсупутників і мають кільця.

Запитання 3. Які планети відносять до групи планет-гігантів?

До групи планет-гігантів входять Юпітер, Сатурн, Уран та Нептун.

Запитання 4. Що спільного у всіх планет-гігантів?

Всі планети-гіганти оточені атмосферою, що складається в основному з водню, мають велику кількість супутників і мають кільця.

Питання 5. Яка планета найбільша у Сонячній системі?

Юпітер є найбільшою планетою Сонячної системи.

Питання 6. У якої планети найбільше супутників?

У Юпітера він має 68 супутників.

Питання 7. Яка планета має найяскравіші кільця?

Сатурн: її оточують яскраві обручки. Загальна ширина всіх кілець Сатурна величезна – десятки тисяч кілометрів. Але їхня товщина невелика – не більше одного кілометра.

Запитання 8. Який газ становить основу атмосфери планет-гігантів?

Основу атмосфери планет-гігантів складає водень.

Запитання 9. Яка планета була відкрита спочатку за допомогою розрахунків?

Нептун було відкрито з допомогою розрахунків, і лише 1846 р., його вдалося виявити з допомогою телескопа.

Питання 10. Який об'єкт Сонячної системи переведено у 2006 р. до класу планет-карликів?

До 2006 р. Плутон був дев'ятою, найменшою планетою Сонячної системи. Однак у серпні 2006 р. Асамблея Міжнародного астрономічного союзу виключила Плутон із класу планет і перевела його до класу планет-карликів.

Питання 11. Складіть характеристику планет-гігантів за планом: а) віддаленість від Сонця; б) розміри; в) поверхню; г) атмосфера; буд) супутники. Порівняйте планети-гіганти за тим самим планом із планетами земної групи.

А) Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун

Б) Юпітер – найбільша планета. Сатурн, Уран, Нептун.

В) Юпітер – достеменно невідомо. Рідка чи газоподібна поверхня. Сатурн, Уран, Нептун – Нема твердої поверхні.

Г) У всіх планет газоподібна атмосфера переважно з водню.

Д) Юпітер - 68 супутників. Сатурн – 62 супутники. Уран – 27 супутників. Нептун – 14 супутників.

Питання 12. Чому астрономи давнини не знали про існування величезних планет - Урана і Нептуна, хоча менші за розмірами планети - Меркурій і Марс - були добре відомі?

Вони знаходяться на великій відстані від Землі і практично не видно неозброєним оком.

Питання 13. У скільки разів діаметр кожної з планет-гігантів більший за діаметр Землі?

Діаметр Юпітера близько 140 тис. км. Ця величезна планета змогла вмістити 1300 таких планет, як Земля. Діаметр Сатурна становить приблизно 120 тис. км. Діаметр Урана 51 тис. км, Нептуна – 49,5 тис. км.

У планет-гігантів Юпітера, Сатурна та Урана є кільця. Вперше кільце Сатурна було відкрито голландським ученим Гюйгенсом у 1656 році, хоча ще раніше Галілей, розглядаючи Сатурн у свій слабкий телескоп, виявив, що ця планета чимось оточена. Вивчення Сатурна показало, що кільце з поверхнею планети ніде не стикається, складається з кількох кілець, вкладених один в одного і розділених проміжками.

Кільця не є суцільними, а складаються з окремих частинок, великих і дрібних, які як супутники обертаються навколо планети, разом утворюючи кільця. Внутрішні обручки обертаються навколо планети з більшою швидкістю, ніж зовнішні. Вчені вирахували ці швидкості, і виявилося, що так оберталися б супутники Сатурна, тобто. в повній відповідності до законів Кеплера, вісь Сатурна нахилена. до площини його орбіти, тому в телескоп спостерігається зміна виду кільця. Галілею ці обручки здалися якимись загадковими "вухами".

Наявність кільця у Юпітера передбачив 1960 року вчений С. К. Всехсвятський, а 1979 року його сфотографували американські станції “Вояджер”. Кільце Юпітера дуже тонке, складається з дрібних каменів та пилу. Воно звернене до Землі рубом і тому Землі не видно. Уран має дуже тонкі кільця, які телескоп не спостерігаються. За допомогою Вояджера виявили 11 чітких кілець і кілька нечітких, так званих дифузних. Дослідження супутників та кілець далеких планет у майбутньому продовжаться і напевно принесуть багато цікавого.

У “повітряній шубі” нашої Землі – атмосфері – наприкінці 70-х років фахівці за допомогою супутників виявили порушення озонового шару. В атмосфері, в якій ми існуємо - дихаємо, розмовляємо, ходимо, літаємо, і яка складається в основному з азоту та кисню, є ще так звані малі гази, роль яких аж ніяк не мала. Один із найважливіших малих…

Інтерес людини до безлюдних земель існував завжди. Спочатку головними були торгові, військові та пізнавальні цілі. Потім найбільш розвинених країн з'явилися загарбницькі, колоніальні устремління. І нарешті, пустелі залучали людей своїми корисними копалинами, можливістю розведення та випасу верблюдів та овець. На морських берегах, на кордонах пустелі з морем, виникали військові бази та міста, звідки прокладали дороги.

Продукти виверження вулкана бувають рідкими, твердими та газоподібними. Рідкі вулканічні продукти – це розплавлена ​​магма. Магма, що вилилася на поверхню, називається лавою. Вона витікає з жерла вулкана у вигляді річки або лавового потоку, який поступово охолоджуючись, твердне, утворюючи вулканічні гірські породи — базальти та андезити. Спочатку лавовий потік має температуру близько 1000 градусів і тече.

Ще Михайло Васильович Ломоносов висловив припущення, що небесні сполохи (так називають полярні сяйва жителя Півночі — помори) у своїй основі мають електричну природу. Для підтвердження своїх припущень учений робив численні експерименти. Він брав скляну кулю, викачував повітря і пропускав через нього електричні заряди. “Збуджена Електрична сила в кулі, з якої повітря витягнуте, раптове проміння…

Повний оборот довкола своєї осі, тобто. поворот на 360°, Земна куля здійснює за 23 години 56 хвилин 4,1 секунди, тобто. приблизно за ~24 години, або за добу. З таким самим періодом відбувається схід Сонця, його кульмінація, захід. Довгий часастрономи вважали, що швидкість обертання Землі стала, проте із застосуванням точніших приладів виявили невеликі…

В основі слова "зодіак" лежать грецькі слова "тварина" і "коло". Таким чином, його буквальний переклад означає "коло тварин". І дійсно, 11 зодіакальних сузір'їв з 12 (виняток становлять Терези) носять назви живих істот: Овен, Телець, Близнюки, Рак, Лев, Діва, Скорпіон, Стрілець, Козеріг, Водолій, Риби. На тлі саме цих сузір'їв відбувається видиме переміщення Сонця, Місяця та планет.

Довгий час, майже півтора тисячоліття, в умах людей панувало вчення Птолемея, яке стверджувало, що Земля нерухомо лежить у центрі Всесвіту. Геоцентрична система Птолемея була спростована великим польським вченим Миколою Коперником (1473-1543). Після тридцяти років наполегливої ​​праці, довгих спостережень неба, складних математичних розрахунків він довів, що Земля — лише одна з планет, що всі планети обертаються довкола.

Американські астронавти та наша автоматична станція “Місяць-16” доставили на Землю проби місячного ґрунту. Аналіз цих проб показав, що поверхневі породи на Місяці утворилися внаслідок застиглого базальтового розплаву. Місячні моря є рівнинами, затопленими колись вулканічною лавою. Місяць, як і Земля, складається з кори, мантії і ядра. Середня товщина кори близько 60 км. Товщина...

Про це нам розповідає спектр сонячних променів. Сонячне світло - це суміш із променів різного кольору. Вперше це встановив великий англійський фізик І. Ньютон. Він узяв скляну призму і спрямував на неї промінь світла. На екрані за призмою замість білої смуги з'явилася широка кольорова смуга. Кольори чергувалися в тому ж порядку, як і у веселки.

Венера є чарівницею небесного склепіння, вона яскравіша за найяскравішу із зірок. Її можна побачити навіть неозброєним оком за денного світла. Поверхня Венери - найближча до Землі з усіх планет, недоступна оптичним спостереженням, оскільки планета огорнута хмарами. Тому переважна більшість фізичних характеристик планети отримано за допомогою радіометодів та космічних досліджень. Як дуже яскравий об'єкт видно…

До групи планет-гігантів входять Юпітер, Сатурн, Уран та Нептун. Це дійсно дуже великі планети, які в багато разів більші за будь-яку з планет земної групи. Складаються ці планети переважно з газів (насамперед із водню) і немає твердих поверхонь, як-от у планет земної групи. Всі планети-гіганти оточені атмосферами, що складаються в основному з водню, мають велику кількість супутників і мають кільця.

Юпітер

Юпітер – найбільша планета Сонячної системи. Її маса перевищує масу всіх інших планет, разом узятих. Тому невипадково вона названа на честь головного римського бога.

Юпітер являє собою гігантську кулю, що швидко обертається. У його атмосфері розташовані довгі шари хмар, через які Юпітер виглядає поло-нептун сатим. Кільце Юпітера, на відміну від кільця Сатурна, вузьке і не таке помітне. Воно складається із дрібних частинок пилу.

Поки точно не відомо, що є поверхнею Юпітера. Вчені припускають, що вона рідка і навіть газоподібна, а в центрі Юпітера є тверде ядро. Через велику віддаленість від Сонця температура на поверхні цієї планети близько -130 °С. На Юпітері помітно так звану Велику Червону Пляму. Люди спостерігають його вже протягом 300 років. За цей час воно не раз змінювало свої розміри та яскравість, часом ненадовго зникало. Вчені вважають, що це величезний атмосферний вихор.

Юпітер має 28 супутників. Найбільший з них – Гані-мед – найбільший із усіх супутників у Сонячній системі.

Сатурн

Сатурн названо на честь одного з давньоримських богів, покровителя землеробства. Це, мабуть, найнезвичайніша по зовнішньому виглядупланета: її оточують яскраві обручки. Загальна ширина всіх кілець величезна – десятки тисяч кілометрів. Але їхня товщина невелика - не більше одного кілометра. Вважають, що кільця утворені різними частинками, камінням, брилами різних розмірів, вкриті льодом, снігом або інеєм.

Температура цій планеті наближається до -170 °З.

Сатурн має рекордну кількість супутників, зараз їх відомі 33. Найбільший називається Титан.

Уран та Нептун

Уран і Нептун приблизно в 2 рази менші за Сатурн і майже однакові за розмірами. Їх навіть називають планетами-близнюками. Уран названий на честь найдавнішого грецького божества, яке втілювало небо, а Нептун - на честь давньоримського бога моря.

Обидві ці планети практично не видно із Землі неозброєним оком. Уран став першою планетою, відкритою за допомогою телескопа. Його випадково виявив у 1781 р. англійський астроном Вільям Гершель. Нептун був відкритий спочатку «на кінчику пера», т. е. місце його розташування було розраховане вченими, і лише пізніше, в 1846 р., його вдалося виявити за допомогою телескопа. Нещодавно в Урана та Нептуна були відкриті обручки. У Урана виявлено 20 супутників, у Нептуна - 8.

Плутон

Плутон було відкрито 1930 р. і названо на честь грецького божества, владики підземного світу. До 2006 р. Плутон був дев'ятою, найменшою планетою Сонячної системи. Однак у серпні 2006 р. Асамблея Міжнародного астрономічного союзу виключила Плутон із класу планет і перевела його до класу планет-карликів.

Детальніше про планети-гіганти і Плутон

Діаметр Юпітера близько 140 тис. км. Ця величезна планета змогла вмістити 1300 таких планет, як Земля. Рік на Юпітері триває близько 12 земних років. Саме стільки часу потрібно Юпітеру для того, щоб зробити повний оберт навколо Сонця. Зате навколо своєї осі він обертається менш як за 10 годин. Середня відстань Юпітера від Сонця становить 778 млн. км. Щоб досягти цієї планети, космічний апарат із Землі має летіти майже два роки.

Діаметр Сатурна приблизно 120 тис. км. Рік на Сатурні дорівнює майже 30 земним рокам, а доба приблизно така сама, як на Юпітері. Середня відстань від Сонця до Сатурна 1427 млн. км. Політ космічного апарату до цієї планети займає кілька років.

Діаметр Урана 51 тис. км, Нептуна – 49 тис. 500 км.

Уран знаходиться на відстані 2870 млн км від Сонця, а Нептун – на відстані 4497 ​​млн ​​км! Час обігу Урана навколо Сонця становить 84 земні роки, а Нептуна - майже 165 земних років. Ось який довгий рік на цих планетах. Зате доба там коротша за земну.

Плутон витрачає на один повний оберт навколо Сонця майже 250 земних років! З моменту відкриття цієї планети в 1930 році він ще не встиг зробити жодного обороту.

Перевірте свої знання

1. Які планети належать до групи планет-гігантів?
2. Що спільного у всіх планет-гігантів?
3. Яка планета найбільша у Сонячній системі?
4. У якої планети найбільше супутників?
5. Яка планета має найяскравіші кільця?
6. Який газ є основою атмосфери планет-гігантів?
7. Яку планету було відкрито спочатку за допомогою розрахунків?
8. Який об'єкт Сонячної системи переведено у 2006 р. до класу планет-карликів?

Подумайте!

1. Складіть характеристику планет-гігантів за планом: а) віддаленість від Сонця; б) розміри; в) атмосфера; г) поверхню; буд) супутники. Порівняйте їх за цим же планом із планетами земної групи.
2. Чому астрономи давнини не знали про існування величезних планет - Урана і Нептуна, хоча набагато менші - Меркурій та Марс були їм добре відомі?
3. У скільки разів діаметр кожної з планет-гігантів більший за діаметр Землі?

Планети-гіганти – це Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Всі вони мають величезні розміри та щільну атмосферу. Ці планети складаються переважно з газів та позбавлені твердих поверхонь. Вони мають кільця та численні супутники. З 2006 р. до планет Сонячної системи не належить Плутон.