В нашей солнечной системе на сегодняшний день учёные насчитывают восемь планет. Четыре планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун учёные выделяют в отдельную группу «газовых гигантов», вместе они составляют 99% массы вещества, которое находится на орбитах вращения принадлежащих Солнцу. В статье представлены самые интересные факты о планетах-гигантах .

1. Визитной карточкой Юпитера являются полосы на его поверхности , есть несколько теорий об их происхождении. Одна из теорий утверждает, что полосы появились в результате конвекции, этот процесс подразумевает подогревание и подымание одних слоёв атмосферы, охлаждение и опадание других.
2. Большое красное пятно, расположенное на Юпитере, атмосферное явление похожее на шторм, было открыто ещё в XVII веке . На планете обнаружены разряды молний, которые в три раза превышают мощность земных. Скорость порывов ветра превышает 600 км/ч, а их формирование обусловлено выходом тепла из недр газового гиганта.

   

3. Сейчас астрономам известно о существовании 67 спутников планеты Юпитер . Самые крупные - Ио, Европа, Ганимед и Каллисто были открыты в XVII веке Галилео Галилеем.

   

4. Если название спутника Юпитера заканчивается на «е», например, Карме, Пасифе, это означает, что ни вращаются в противоположную сторону относительно осевого вращения газового гиганта .

   

5. У Юпитера самая большая в Солнечной системе скорость вращения вокруг своей оси , полный оборот планета совершает за 9 ч 50 мин. На Юпитере нет смены времён года, это обусловлено небольшим наклоном оси, вокруг которой вращается «гигант», чуть более 3 градусов, для сравнения Земля имеет 23,5.

   

6. На северном полюсе Сатурна есть шестиугольник образованный облаками , причем его форма стремится к правильной, причины его возникновения неизвестны. На обоих полюсах ученые обнаружили северные сияния овальной и спиралевидной форм.

   

7. Чтобы сделать полный оборот, вокруг Солнца, Сатурну требуется почти 30 земных лет, но смена дня и ночи за это время происходит всего ~10 раз . Разные части этого газового гиганта вращаются с разной скоростью, «1 зона» имеет интервал вращения 10 ч 14 мин, «2 зона» - 10 ч, 34 мин, «3зона» - 10 ч 39 мин.

   

8. Из всей группы планет гигантов у Сатурна самые заметные кольца, состоят они из частичек льда . Кольца Сатурна очень тонкие, меньше 1 километра, в 1921 году весь мир решил, что кольца исчезли, так произошло из-за того, что кольца стали под определенным углом и приборы того времени не позволяли их увидеть.

   

9. Открытие Урана произошло в 1781 году астрономом Уильямом Гершелем, он стал первой планетой, обнаруженной в современном мире . Изначально этого Газового гиганта принимали за звезду, позже за комету. Первым названием планеты было «Георг», в честь Георга III, который правил в Англии во времена её открытия.

   

10. Атмосфера на 98% состоит из водорода и гелия, но в отличие от двух других планет гигантов, Уран и Нептун в своих недрах содержат большое количество льда . Атмосферные явления на Уране крайне незначительны, это обусловлено низкими температурами на планете, он является самой холодной планетой в нашей солнечной системе.

    

11. Ось вращения Урана смещена под углом почти 98 градусов относительно его вращения вокруг Солнца , вследствие чего к Солнцу обращены попеременно разные части. День и ночь сменяют друг друга попеременно на полюсах каждые 42 земных года.

    

12. Уран стал второй планетой, у которой была обнаружена система колец . Ученые склоняются к мнению, что кольца сформировались не вместе с Ураном, а позже, при разрушении какого-то его спутника. Насчитывают 13 колец, внутренние кольца серого цвета, средние красного, а два внешних синего.

    

13. По составу атмосферы и тела Нептун больше всего похож на Уран, но синий окрас ему придает значительное содержание метана в атмосфере . Ученые предполагают, что на этой планете дуют самые быстрые ветры во всей Солнечной системе, до 2100 км/ч. Предположительная температура на поверхности -220 градусов, а в недрах планеты 7000–7100.

    

14. С Земли Нептун можно наблюдать только один раз за его год (в день открытия 26 сентября 1846 года, позже в 2011 году). В 2011 году на Нептуне прошел ровно год с момента его открытия, он составил 164,79 земных лет.

    

15. Самый большой спутник Нептуна, Тритон, вращается вокруг планеты в обратном направлении относительно её вращения . Движение Тритона происходит по спирали и примерно через 10 миллионов лет будет разрушен после преодоления предела Роша.

    

Заполнив таблицу, сделайте выводы и укажите сходства и различия между планетами-гигантами.

Выводы: Это газообразные тела с мощным протяжёнными атмосферами, быстро вращаются вокруг своих осей, имеют много спутников, также все они обладают кольцами. У планет-гигантов нет ни твёрдой не жидкой поверхности. Основные компоненты всех планет-гигантов - гелий и водород.

2. Проведите качественное сравнение свойств планет земной группы и планет-гигантов. Используйте при этом слова: «высокая», «низкая», «большая» и т. п. В выводе укажите принципиальное отличие планет земной группы от планет-гигантов

Вывод: Планеты земной группы обладают значительно меньшими массами и размерами, но большей плотностью, не имеют колец. Они ближе расположены к Солнцу и быстрее движутся по своим орбитам, но медленнее вращаются вокруг своей оси и меньше сжаты у полюсах. Также они имеют значительно меньше спутников.

3. Закончите предложения

Особенностью вращения планет-гигантов вокруг оси является то, что они вращаются слоями: слой планеты вблизи экватора вращается быстрее других слоёв.

Наличие у Юпитера и Сатурна плотных и протяжённых атмосфер объясняется тем, что при формировании они быстро достигли такой массы, чтобы удержать больше кислорода.

Спутник Сатурна Титан обладает мощной атмосферой, состоящей в основном из азота.

Планеты-гиганты имеют малую среднюю плотность по причине того, что их атмосферы имеют в основном водородо-гелевый состав.

Существование колец обнаружено у следующих планет-гигантов: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Юпитер излучает значительно больше тепловой энергии, чем получает её от Солнца. Причиной этого можно считать постепенное сжатие планеты и процесса радиоактивного распада в её недрах.

Планеты-гиганты расположились за орбитами астероидов Главного Пояса. Это, в порядке их удалённости от Солнца, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Уже давно астрономы знают, что планеты-гиганты гораздо больше и массивнее планет земной группы. Самый легкий гигант – Уран – в 14,5 раза массивнее Земли. Но даже самая массивная планета Солнечной системы – Юпитер – в 1 000 раз уступает в этом показателе Солнцу. Впрочем, надо сказать, что по астрономическим меркам эту разницу можно назвать значительной, но не огромной. В то же время, плотность планет гигантов 3-7 раз уступает плотности планет земной группы.

Планеты-гиганты: характеристики

Планеты-гиганты очень быстро вращаются вокруг своих осей; менее 10 ч требуется огромному Юпитеру, чтобы совершить один оборот. Причем экваториальные зоны планет-гигантов вращаются быстрее, чем полярные , т. е. там, где максимальны линейные скорости точек в их движении вокруг оси, максимальны и угловые скорости. Результат быстрого вращения - большое сжатие планет-гигантов (заметное при визуальных наблюдениях). Разность экваториального и полярного радиусов Земли составляет 21 км, а у Юпитера она равна 4400 км.

Планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, и независимо от характера смены времен года на них всегда господствуют низкие температуры. На Юпитере вообще нет смены времен года, поскольку ось этой планеты почти перпендикулярна к плоскости ее орбиты. Своеобразно происходит смена времен года и на планете Уран, так как ось этой планеты наклонена к плоскости орбиты под углом 8 град.

Планеты-гиганты отличаются большим числом спутников; у Юпитера их обнаружено к настоящему времени 16, Сатурна - 17, Урана - 16 и только у Нептуна - 8. Замечательная особенность планет-гигантов - кольца, которые открыты не только у Сатурна, но и у Юпитера, Урана и Нептуна.

Химический состав планет-гигантов

Вещество, из которого сложены тела Солнечной системы, можно условно разделить на три группы. Во-первых, это горные породы, состоящие из различных минералов, которые нам хорошо известны на Земле. Современные знания позволяют прогнозировать характер глубинных пород, из которых состоят земные недра. Анализ доступного в настоящее время внеземного вещества показал его общее подобие веществу земному по химическому и минералогическому составу. Основными минералообразующими элементами во всех случаях являются кремний, железо, алюминий, магний и титан в окисленном состоянии, то есть при значительном включении кислорода в химические соединения. Средняя температура плавления этих материалов достигает около 2000 К. Условно эту группу можно назвать "земным веществом".

Углерод, азот, кислород и в меньшем количестве водород, входящий в некоторые химические соединения, составляют распространённую группу планетных летучих веществ. В виде газов эти элементы образуют атмосферы отдельных планет или крупных спутников. Но чаще летучие компоненты вещества Солнечной системы существуют при температурах ниже 273 К в твёрдом состоянии, то есть в виде льда. Поэтому эту группу назовем условно "льдами".

Наконец, такие газы, как водород и гелий, наиболее обильно встречающиеся на Солнце, с небольшими примесями неона, аргона и некоторых других элементов отнесем к группе "солнечного вещества". Температура кипения подобной смеси составляет около 15 К.

Ниже экватора хорошо видно Большое Тёмное Пятно Юпитер и Сатурн, их атмосферы состоят из легких элементов: водорода и гелия. Уран и Нептун в значительной степени содержат в себе метан (CH4) , аммиак (NH3), воду и другие не слишком тяжёлые соединения. Другие элементы тоже есть, но их гораздо меньше. Учёные выяснили, что с увеличением массы гиганта растет и его атмосфера. Следовательно, самой обширной атмосферой обладает Юпитер. Уран и Нептун, близкие по массе, мало отличаются и своими атмосферами. Сатурн занимает промежуточное положение. Разница в химическом составе гигантов обусловлена ходом эволюции Солнечной системы.

Решебник по астрономии 11 класс на урок №14 (рабочая тетрадь) - Планеты-гиганты

1. Пользуясь справочниками, заполните таблицу с основными физическими характеристиками планет-гигантов.

Заполнив таблицу, сделайте выводы и укажите сходства и различия между планетами-гигантами.

Выводы: Это газообразные тела с мощным протяжёнными атмосферами, быстро вращаются вокруг своих осей, имеют много спутников, также все они обладают кольцами. У планет-гигантов нет ни твёрдой не жидкой поверхности. Основные компоненты всех планет-гигантов - гелий и водород.

2. Проведите качественное сравнение свойств планет земной группы и планет-гигантов. Используйте при этом слова: «высокая», «низкая», «большая» и т. п. В выводе укажите принципиальное отличие планет земной группы от планет-гигантов.

Вывод: Планеты земной группы обладают значительно меньшими массами и размерами, но большей плотностью, не имеют колец. Они ближе расположены к Солнцу и быстрее движутся по своим орбитам, но медленнее вращаются вокруг своей оси и меньше сжаты у полюсах. Также они имеют значительно меньше спутников.

3. Закончите предложения.

Особенностью вращения планет-гигантов вокруг оси является то, что они вращаются слоями: слой планеты вблизи экватора вращается быстрее других слоёв.

Наличие у Юпитера и Сатурна плотных и протяжённых атмосфер объясняется тем, что при формировании они быстро достигли такой массы, чтобы удержать больше кислорода.

Спутник Сатурна Титан обладает мощной атмосферой, состоящей в основном из азота.

Планеты-гиганты имеют малую среднюю плотность по причине того, что их атмосферы имеют в основном водородо-гелевый состав.

Существование колец обнаружено у следующих планет-гигантов: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Юпитер излучает значительно больше тепловой энергии, чем получает её от Солнца. Причиной этого можно считать постепенное сжатие планеты и процесса радиоактивного распада в её недрах.

4. Звёздный период вращения Сатурна вокруг Солнца T = 29.5 года. Какого среднее расстояние от Сатурна до Солнца?

5. Какой вид будет иметь кольцо Сатурна для наблюдателя, находящегося на экваторе и на полюсах Сатурна?

6. Закончите предложения, касающиеся внутреннего строения планет-гигантов.

У планет Юпитер и Сатурн между центральным ядром и протяжённой атмосферой имеется оболочка со свойствами металла.

Планеты-гиганты, как и Земля, обладают магнитным полем, напряжённость которого

у Юпитера в 12 раз выше, чем у Земли;
у Сатурна близка к земной;
у Урана примерно равна земной;
у Нептуна в 3 раза меньше, чем у Земли.

Полярные сияния были отмечены у следующих планет-гигантов: Юпитер, Сатурн и Уран.

19. Планеты-гиганты

1. Особенности планет-гигантов

Из четырех гигантских планет лучше всего изучен Юпитер - самая большая планета этой группы и ближайшая из планет-гигантов к нам и Солнцу. Ось вращения Юпитера почти перпендикулярна к плоскости его орбиты, поэтому сезонных изменений условия освещения на нем нет.

У всех планет-гигантов вращение вокруг оси довольно быстрое, а плотность мала. Вследствие этого они значительно сжаты.

Все планеты-гиганты окружены мощными протяженными атмосферами, и мы видим лишь плавающие в них облака, вытянутые полосами, параллельными экватору, вследствие их быстрого вращения.

Используя данные приложения V, рассчитайте линейную и угловую скорости вращения на экваторах Земли и Юпитера.

Полосы облаков видны на Юпитере даже в слабый телескоп (см. форзац). Юпитер вращается зонами - чем ближе к полюсам, тем медленнее. На экваторе период вращения 9 ч 50 мин, а на средних широтах на несколько минут больше. Аналогичным образом вращаются и другие планеты-гиганты.

Поскольку планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, их температура (по крайней мере над их облаками) очень низка: на Юпитере - 145°С, на Сатурне - 180°С, на Уране и Нептуне еще ниже.

Атмосферы планет-гигантов содержат в основном молекулярный водород, есть там метан СН 4 и, по-видимому, много гелия, а в атмосфере Юпитера и Сатурна обнаружен еще и аммиак NH 3 . Отсутствие полос NH 3 в спектрах более далеких планет объясняется тем, что он там вымерз. При низкой температуре аммиак конденсируется, и из него, вероятно, состоят видимые облака Юпитера.

Химический состав облаков на планетах весьма различен. Каковы общие свойства этих облаков? Какие процессы лежат в основе их образования на различных планетах?

Интенсивные движения, охватывающие облачный и соседние с ним слои атмосферы, имеют устойчивый характер. В частности, таким устойчивым атмосферным "вихрем" является знаменитое Красное пятно, наблюдаемое на Юпитере уже свыше 300 лет.

Изучение процессов, происходящих в атмосферах различных планет, помогает земной метеорологии и климатологии.

Теоретически построены модели массивных планет, состоящих из водорода и гелия. Расчеты модели внутреннего строения Юпитера показывают, что по мере приближения к центру водород должен последовательно проходить через газообразную, газожидкую и жидкую фазы. В центре планеты, где температура может достигать нескольких тысяч кельвин, находится жидкое ядро, состоящее из металлов, силикатов и водорода в металлической фазе, которая наступает при давлениях порядка 10 11 Па. В 1975 г. металлическую фазу водорода удалось экспериментально получить на Земле, что подтверждает справедливость теоретических расчетов внутреннего строения планет-гигантов.

Благодаря наличию магнитного поля Юпитер имеет пояса радиации, подобные земным, но значительно превосходящие их. Его магнитосфера простирается на миллионы километров, охватывая четыре крупнейших спутника. Юпитер является источником радиоизлучения. Космические аппараты зарегистрировали на нем мощные вспышки молний.

Из остальных данных о планетах заслуживает упоминания особенность осевого вращения Урана, которое, как и у Венеры, происходит в направлении, противоположном направлению вращения всех остальных планет. Кроме того, он вращается как бы лежа на боку, поэтому в течение года происходит значительное изменение условий освещения поверхности планеты.

Самая далекая планета - Плутон - не является планетой-гигантом. Это очень небольшая и плохо изученная холодная планета, год на которой длится около 250 земных лет.

2. Спутники и кольца планет

У Меркурия и Венеры спутников нет. У Земли имеется один естественный спутник - Луна . Она меньше Земли по диаметру всего лишь в 4 раза. У Плутона обнаружен единственный спутник - Харон , который по размерам вдвое меньше, чем сама планета. У Марса - два спутника - Фобос и Деймос (рис. 53). У остальных планет спутников много, но они неизмеримо меньше своих планет. Почти каждый космический аппарат, пролетающий вблизи планет-гигантов, обнаруживает у них неизвестные ранее спутники небольшого размера. Так, у Урана за последнее время открыто еще 8 спутников.

По таблице (см приложение V) найдите планеты, у которых наибольшее число спутников.

Самые крупные спутники - Титан (спутник Сатурна) и Ганимед (третий спутник Юпитера). Они в 1,5 раза больше Луны по диаметру и немного больше Меркурия. Титан - единственный спутник, обладающий мощной атмосферой, которая в основном состоит из азота.

С помощью автоматических межпланетных станций удалось получить с близкого расстояния четкие фотографии спутников Марса и многих спутников планет-гигантов. На них хорошо видны многочисленные детали поверхности: кратеры, трещины, отдельные неровности. Спутники Юпитера и более далеких планет покрыты слоем льда с пылью в десятки километров толщиной. На спутнике Юпитера - Ио было сфотографировано несколько действующих вулканов. Кратерами, главным образом ударного (метеоритного) происхождения, оказались покрыты все спутники, даже столь малые, как спутники Марса размером около 20 км (см. рис. 53).

Многие спутники, как и Луна, повернуты к своей планете всегда одной и той же стороной. Их звездные периоды вращения равны периодам их обращения вокруг своих планет.

Четыре наибольших спутника Юпитера можно разглядеть даже в призменный бинокль. В телескоп за несколько часов удается проследить, как спутники заметно перемещаются (рис. 54), иногда проходят между Юпитером и Землей, а иногда уходят за диск Юпитера или в его тень. Наблюдая периодичность этих затмений спутников, Ремер в XVII в. открыл, что скорость распространения света конечна, и определил ее числовое значение.

Многие из спутников планет интересны своим движением; например, Фобос обращается вокруг Марса втрое быстрее, чем сама планета вращается вокруг оси. Поэтому для наблюдателя на Марсе он дважды в сутки восходит на западе и дважды полностью меняет все фазы, проносясь по небосклону навстречу суточному вращению звезд. Спутники Марса близки к его поверхности. Фобос находится от поверхности Марса на расстоянии меньше, чем диаметр планеты.

Далекие спутники Юпитера и Сатурна очень малы, имеют неправильную форму, и некоторые из них обращаются в сторону, противоположную вращению самой планеты. Плоскости орбит спутников Урана близки к плоскости экватора планеты и, следовательно, почти перпендикулярны к плоскости его орбиты.

Для планет-гигантов характерно наличие не только большого числа спутников, но и колец. Однако с Земли в телескоп можно увидеть лишь яркое кольцо толщиной не более чем в несколько сотен метров, окружающее Сатурн (см. обложку). Оно расположено в плоскости экватора Сатурна, которая наклонена к плоскости его Орбиты на 27°.

Поэтому в течение 30-летнего оборота Сатурна вокруг Солнца кольцо его видно нам то довольно раскрытым, то точно с ребра, когда его нельзя разглядеть даже в большие телескопы (рис. 55). Ширина этого кольца в несколько раз больше диаметра земного шара.

Русский ученый А. А. Белопольский (1854-1934), изучив спектр кольца, подтвердил теоретический вывод о том, что кольцо у Сатурна должно быть не сплошным, а состоять из множества мелких частиц. По спектру, используя эффект Доплера, он установил, что внутренние части кольца вращаются быстрее, чем наружные, в соответствии с III законом Кеплера.

Фотографии, переданные автоматическими станциями, запущенными к Сатурну, показали, что его кольцо состоит из многих сотен отдельных узких "колечек", разделенных темными промежутками. Предполагается, что такая структура колец связана с гравитационным влиянием многочисленных спутников планеты на движение частиц вещества, образующего кольца.

Система колец Сатурна либо возникла при разрушении некогда существовавшего спутника планеты (например, при его столкновении с другим спутником или астероидом), либо же что представляет остаток вещества, из которого в далеком прошлом образовались спутники Сатурна и которое из-за приливного воздействия планеты не смогло "собраться" в отдельные спутники.

Спутники Марса, далекие и малые спутники планет-гигантов, по-видимому, были астероидами, которые эти планеты захватили своим притяжением.

Недавно были обнаружены очень слабые и тонкие кольца вокруг Урана и Юпитера. Они значительно уступают по яркости кольцам Сатурна. Их существование вокруг больших планет было предсказано ранее советским ученым С. К. Всехсвятским.

Готовясь к рассказу о планетах, используйте данные, помещенные в приложении V, и придерживайтесь такого плана:

1. Группа, к которой принадлежит планета. Отличительные характеристики данной группы.

2. Размеры и масса планеты.

3. Расстояние планеты от Солнца.

4. Периоды ее вращения и обращения.

5. Характеристика атмосферы.

6. Температурные условия.

7. Рельеф (для планет земной группы.)

8. Число и характеристика спутников.