Планеты Солнечной системы по порядку. Планета Земля, Юпитер, Марс. Планеты-гиганты, их кольца и планеты-спутники Чем объясняется малая плотность 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.

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.

В группу планет-гигантов Солнечной системы - входят четыре планеты: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, расположеных за пределами . Эти планеты, имеющие ряд сходных физических характеристик, также называют внешними планетами. В области перед главным поясом астероидов (во внутренней области) находятся , твёрдотельные в отличии от планет-гигантов. Малая плотность планет–гигантов (у Сатурна она меньше плотности воды) объясняется тем, что основная часть их массы находится в газообразном и жидком состояниях. В составе этих планет преобладают водород и гелий. Этим они похожи на Солнце и многие другие звёзды, у которых водород и гелий составляют примерно 98 процентов массы.

Любая из планет–гигантов превосходит по массе все планеты земной группы, вместе взятые. Все планеты имеют мощные протяженные атмосферы, состоящие в основном из молекулярного водорода и содержащие гелий, метан, аммиак, воду. На планетах атмосферный газообразный водород переходит в жидкую, а затем в твёрдую фазу. Сжатие этих планет вызвано их быстрым вращением вокруг оси. Экваториальные области планет вращаются быстрее, чем области, находящиеся ближе к полюсам. Планеты – гиганты находятся далеко от Солнца, поэтому там очень холодно. Кроме множества спутников, все планеты имеют ещё и кольца. Вероятнее всего, кольца образовались из вещества тех спутников, которые прежде были крупнее, а затем разрушились под действием приливных сил и при столкновениях между собой. Предполагают, что в недрах этих планет вещество должно иметь высокую температуру.

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°.

Важнейшая особенность строения планет-гигантов заключается в том, что эти планеты не имеют твердых поверхностей. У планет-гигантов нет ни твердой, ни жидкой поверхности. Газы их обширных атмосфер, уплотняясь с приближением к центру, постепенно переходят в жидкое состояние. Именно отсутствие резкого перехода от газобразного состояния вещества в атмосфере к твердому или жидкому позволяет нам говорить о планетах-гигантах как о планетах без поверхности. Газообразные планеты-гиганты быстро совершают один оборот вокруг своей оси (10-18 часов). Плотность газовых гигантов относительно низкая, а скорость вращения чрезвычайно велика. При этом, из-за «мягкости» они необычно вращаются слоями: слой планеты, расположенный вблизи экватора, вращается быстрее всего, а околополярные области являются самыми неторопливыми. По той же причине гиганты сжаты у полюсов, что можно заметить в простой телескоп. Солнце, являясь газовым шаром, тоже вращается слоями, но с периодом 25-35 суток.

В центре гигантов есть небольшое твердое ядро, но оно относительно невелико. Атмосфера каждого гиганта плавно переходит в жидкость, а та постепенно тоже уплотняется к центру планет. Скорее всего, в недрах планет-гигантов, где высоки давление и температура, есть слой водорода, обладающего металлическими свойствами. Это необычное вещество не является в полной мере ни газообразным, ни твердым. Но оно обладает важным свойством: проводит ток. Благодаря этому, планеты-гиганты обладают магнитным полем. Особенно велико магнитное поле Юпитера. Оно во много раз превосходит магнитное поле Земли, причем полярность его обратна земной.

Все четыре планеты имеют множество спутников, а также кольца астероидов вокруг себя. Данная особенность объясняется тем, что газовые гиганты обладают мощным гравитационным полем, способным притянуть большее количество космических объектов, чем слабые гравитационные поля планет земной группы. Ученые полагают, что астероидные кольца являются остатками лун, которые были измельчены гравитационным силами данных планет.

Планеты-гиганты Солнечной системы

Из внешнего астероидного пояса (пояса Койпера). Орбита Плутона, в отличие от орбит больших планет всей Солнечной системы (за исключением Меркурия) имеет больший наклон к эклиптике и больший экс-центриситет.

Основное отличие планет-гигантов от планет груп-пы Земли — их существенно большие массы и размеры. В то же время плотности планет этой группы значительно меньше плотностей пла-нет земной группы. Это говорит о различии химического со-става планет обеих групп.

Все планеты-гиганты об-ладают мощными атмосферами , в их спектрах хорошо видны полосы поглощения метана и аммиака. Однако основными ком-понентами атмосфер этих планет являются водород и гелий. Отсутствие линий поглощения этих элементов объясняется тем, что при условиях, царящих в атмосферах планет-гигантов, они видны только в далёкой ультрафиолетовой области спектра, недоступной для наблюдений с Земли. Легкообнаруживаемые аммиак и метан составляют в действительности не более 0,1% массы атмосферы планет-гигантов.

Характерными особенностями видимого диска планет-гигантов являются па-раллельные экватору полосы, хорошо видимые на Юпитере и Сатурне, на фотографиях, сделанных с Земли, АМС «Вояд-жер-2».

Структура внутреннего стро-ения планет-гигантов име-ет вид оболочек. Различия в строении возникают из-за разно-родности масс. Верхний слой облаков планет представляется видимой поверхностью. Облака состоят из капель и кристал-лов жидких и твёрдых метана и аммиака. Несмотря на то, что полосы метана и аммиака в спектрах планет хорошо заметны, их содержание в атмосфере составляет не более 5 . 10 -2 %. Ни-же облаков лежит слой газожидкой атмосферы. Далее следу-ют слои молекулярного водорода и металлического водорода. Эти состояния вещества в земных условиях получить невоз-можно.

В строение Сатурна толщина слоёв намного меньше (как намного мень-ше и размеры планеты).

Строение Урана и Нептуна очень простое, поскольку их массы намного меньше. У них только три оболочки: атмосфе-ра, мантия из льдов и металлосиликатное ядро.

Ядро

В самом центре планет-гигантов расположено металлоси-ликатное ядро. В нем нет водорода, но, возможно, есть лёд, несмотря на температуру около 23 000 K. Объясняется это громад-ным давлением, достигающим 5 . 10 11 Па.

Все планеты-гиганты вращаются значительно быстрее планет группы Земли. Причём у них отмечается интересная закономерность. Период вращения экваториальных областей значительно меньше периода вращения вблизи полюсов. Та-кой закон вращения наблюдается и у Солнца . По-видимому, он характерен для газообразных тел. Поэтому следует ожи-дать, что если у этих планет и есть твёрдые ядра, то они не-велики по сравнению с их мощными атмосферами.

Магнитное поле

Если среди планет группы Земли только сама Земля обла-дает значительным магнитным полем, то для планет-гигантов характерны очень сильные, намного более сильные, чем у Земли, магнитные поля. Это связано с более быстрым вращением этих планет.

У всех планет-гигантов есть спутники, число их может доходить до нескольких десятков.

Планеты-гиганты обладают развитыми системами спутников. Так, Юпитер и Уран имеют по два десятка, а Сатурн почти три десятка спутников. Боль-шинство из них — это небольшие (максимум десятки кило-метров в поперечнике) ледяные глыбы. Но некоторые пред-ставляют большой научный интерес.

Спутник Сатурна — Титан и спутник Нептуна — Тритон привлекают внимание исследователей тем, что на них имеет-ся плотная атмосфера, состоящая главным образом из азота.

Планеты-гиганты об-ладают системами колец. Кольца Сатурна видны даже в любительский телескоп. Они были открыты ещё в XVII в. голландцем X. Гюйгенсом. Кольца Юпитера были от-крыты при полете КА «Пионер» в начале 70-х гг. XX в. По-сле этого тончайшими наземными наблюдениями были обна-ружены кольца у Урана и Нептуна. Их существование было подтверждено в полете космического аппарата «Вояджер».

Исследование планет-гигантов затрудняется тем, что они расположены очень далеко. Только современные телескопы с их потрясающей разрешающей способностью позволяют уви-деть на Юпитере объекты, размеры которых не превышают десятков километров. На Нептуне можно увидеть детали раз-мером в сотни километров. Важнейшая информация о приро-де планет-гигантов была получена с помощью ряда АМС («Пи-онер-10», «Вояджер-1 и -2», «Галилео» и др.).

Под понятием планеты-гиганты подразумевают 4 планеты Солнечной системы: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Основные отличия планет-гигантов от других планет Солнечной системы это:

• а) большие размеры планет
• б) большие массы планет
• в) быстрое вращение вокруг своих осей
• г) большое сжатие - результат быстрого вращения
• д) большое число спутников
• е) наличие колец
• ж) малая плотность
• з) обилие водорода

Особенности строения планет-гигантов

В ряд особенностей планет-гигантов можно отнести:

• а) эти планеты не имеют твердых поверхностей
• б) существование значительных магнитных полей этих планет
• в) наличие радиационных поясов
• г) несмотря на то, что, на поверхности преобладают низкие температуры, внутри планет температура довольно высокая (может достигать нескольких десятков тысяч кельвинов)

Планеты гиганты

Юпитер - самая большая планета Солнечной системы. Его масса в 318 раз больше земной и составляет около 1/1050 массы Солнца. Экваториальный радиус Юпитера равен 71400 км (в 11,2 раза больше земного). Полярный радиус равен 66900 км, т.е. сжатие планеты = 1/16.

Гравитационное ускорение около 2500 см/сек 2 . Средняя плотность 1,3 г/см 3 .

Видимая поверхность Юпитера представляет собой облачный покров. Наиболее заметны темные красноватые полосы, вытянутые параллельно экватору. Светлые промежутки между ними называются зонами.

Полосатая структура диска Юпитера является следствием преимущественно зонального (т.е. ориентированного вдоль параллелей) направления ветра в атмосфере Юпитера. Механизм, который приводит в действие общую циркуляцию на Юпитере, такой же, как и на Земле.

На Юпитере могут формироваться циклоны. Крупные циклоны могут быть очень устойчивы (время жизни до 10 5 лет). Вероятно, Большое Красное пятно является примером такого циклона.

Спектроскопическими наблюдениями установлено присутствие в атмосфере Юпитера молекулярного водорода Н 2 , гелия Не, метана СН 4 , аммиака NH 3 , этана С 2 Н 6 , ацетилена С 2 Н 2 и водяного пара Н 2 О. Элементный состав атмосферы (и всей планеты в целом) не отличается от солнечного.

Полное давление у верхней границы облачного слоя составляет около 1 атм. Облачный слой имеет сложную структуру. Верхний ярус состоит из кристалликов NH 3 , ниже должны быть расположены облака из кристаллов льда и капелек воды.

Полное излучение Юпитера в 2,9 раз превосходит энергию, получаемую от Солнца, и большая часть излучаемой им энергии обусловлена внутренним источником тепла. В этом смысле Юпитер ближе к звездам, чем к планетам земного типа.

Наличие большого потока внутреннего тепла означает, что температура довольно быстро растет с глубиной.

Расчеты внутреннего строения показывают, что атмосфера Юпитера является очень глубокой, а основная масса планеты находится в жидкой фазе. Водород при этом находится в вырожденном или в металлическом состоянии (электроны оторваны от протонов). В толще атмосферы водород и гелий находятся не в газообразном, а в сверхкритическом состоянии. В самом центре планеты, возможно, существует твердое ядро из тяжелых элементов.

Юпитер является одним из самых сильных космических источников радиоизлучения в децаметровом диапазоне. Оно имеет спорадический характер, т.е. состоит из отдельных всплесков разной интенсивности. Природа спорадического радиоизлучения остается пока не раскрытой.

Юпитер обладает, как и Земля, радиационными поясами, но плотность и энергия электронов, а также напряженность магнитного поля в поясах Юпитера больше. Напряженность магнитного поля вблизи поверхности достигает, примерно, 10 э. Радиус магнитосферы составляет около 100 радиусов планеты.

Вокруг Юпитера обращается 13 спутников. Четыре из них открыл Галилей - это Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. По размерам они примерно такие же, как Луна. Галилеевы спутники вращаются вокруг оси синхронно с движением вокруг Юпитера и обращены к нему все время одной стороной. Пятый спутник (Амальтея) был открыт Барнардом в 1892 г. Все остальные спутники были открыты в 20 веке по фотографическим наблюдениям.

Сатурн расположен примерно вдвое дальше от Солнца, чем Юпитер, и обращается вокруг Солнца за 29,5 года. Экваториальный радиус Сатурна равен 60400 км, масса в 95 раз больше земной, ускорение силы тяжести на экваторе 1100 см/сек 2 . Сатурн имеет заметное сжатие диска, равное 1/10, т.е. больше, чем у Юпитера.

Период вращения на экваторе равен 10 ч 14 м и, как у Юпитера, увеличивается с увеличением широты.

На диске Сатурна тоже можно различить полосы, зоны и другие более тонкие образования, но контрастность деталей значительно меньше, чем у Юпитера.

Спектроскопические исследования обнаружили в атмосфере Сатурна Н 2 , СН 4 , С 2 Н 2 , С 2 Н 6 . Элементный состав, по-видимому, не отличается от солнечного, т.е. планета состоит на 99% из водорода и гелия. Глубина атмосферы (водород и гелий - в сверхкритическом состоянии) может достигать половины радиуса планеты.

Инфракрасные наблюдения показывают температуру Сатурна около 95 0 К. Так же как и у Юпитера, больше половины излучаемой энергии обусловлено потоком внутреннего тепла.

Кольца Сатурна впервые увидел Галилей в 1610 г., но установить действительную форму найденного им образования Галилею не удалось. Это сделал в 1655 г. Гюйгенс, который обнаружил, что оно представляет собой плоское кольцо, концентричное телу планеты, но не примыкающее к нему.

Кольцо состоит из трех концентрических колец, которые, как и экватор планеты, наклонены к плоскости орбиты под углом в 26 0 45". Внешнее кольцо А отделено от среднего кольца В резким темным промежутком, называемым щелью Кассини. Среднее кольцо является самым ярким. Внутреннее кольцо С, темное и полупрозрачное, называется креповым кольцом.

Причина, по которой Сатурн на расстоянии около 10 5 км имеет именно кольцо, а не спутник, состоит в приливной силе. Если бы спутник и образовался на таком расстоянии, то он был бы разорван под действием приливной силы на мелкие осколки. В эпоху формирования планет-гигантов вокруг них на некотором этапе возникли уплощенные облака протопланетной материи, из которой потом образовались спутники. В зоне колец приливная сила воспрепятствовала образованию спутника. Таким образом, кольца Сатурна, вероятно, являются остатками допланетной материи. Кольца состоят из огромного количества частиц, независимо обращающихся вокруг планеты по кеплеровским орбитам.

У Сатурна известно 10 спутников: Мимас, Энцелад, Тефия, Диона, Рея, Титан, Гиперион, Япет, Феба, Янус. Титан - единственный спутник в Солнечной системе, на котором найдена атмосфера. Все спутники, кроме Фебы, обращаются вокруг планеты в прямом направлении.

Уран виден только в телескоп и выглядит маленьким зеленоватым диском. Большая полуось орбиты планеты равна около 19,2 а.е., а период обращения вокруг Солнца - 84 года. Масса Урана в 14,6 раза больше земной, радиус 24800 км. Уран обладает заметным сжатием (1/14).

Детали на диске Урана уверенным образом не различаются, но наблюдаются периодические колебания блеска. По этим колебаниям и по эффекту Доплера был определен период обращения вокруг оси 10 ч 49 м. Удалось установить также направление оси вращения планеты, причем оказалось, что экватор Урана наклонен к плоскости его орбиты на 82 0 , а направление вращения - обратное.

Средняя плотность Урана 1,6 г/см 3 . Эта планета содержит больше тяжелых элементов, чем Юпитер и Сатурн.

Уран имеет 5 спутников: Ариэль, Умбриэль, Титания, Оберон, Миранда. Плоскости их орбит почти перпендикулярны к плоскости орбиты планеты и движутся они в сторону ее вращения.

Линейный радиус Нептуна равен 25050 км, масса - 17,2 массы Земли. Большая полуось орбиты планеты равна около 30,1 а.е., а период обращения вокруг Солнца почти 165 лет. Период вращения был определен спектроскопически и составляет 15,8 ч плюс/минус 1 ч.

Направление вращения прямое. В результате спектроскопических наблюдений в спектрах Нептуна найдены водород и метан. Средняя плотность Нептуна - 1,6 г/см 3 .

У Нептуна два спутника: Тритон и Нереида. Тритон принадлежит к числу крупнейших спутников в Солнечной системе (его радиус равен 2000 км) и движется вокруг планеты в обратном направлении

У Сатурна 17 спутников и кольцо, точнее целая система колец. Радиус внешнего кольца превышает 900 000 км, толщина же не больше 4 км. Моделью кольца Сатурна может быть диск диаметром 250 м и толщиной всего 1мм! Почему эта система частиц существует до сих пор в таком виде, пока не известно. Как и спутники Юпитера, луны Сатурна каждая по своему интересна и загадочна. Так поверхность Тефии довольно светлая и покрыта кратерами, причем один из них имеет диаметр 400 км. Большой кратер такого же размера обнаружен на Мимасе. Энцелад сравнивают с гигантской замороженной в космосе каплей воды, на одной из сторон которой, обращенной к Сатурну, видны многочисленные искривленные бороздки, тогда как на противоположной - многочисленные метеоритные кратеры. Большой интерес вызывает самый крупный спутник Сатурна - Титан, единственный спутник в Солнечной системе, окруженный плотной атмосферой. Состоит она в основном из азота (85%) и аргона (около 12%), хотя совсем недавно предполагали, что ее главные составляющие - метан и аммиак. По своему интересен восьмой спутник Сатурна Япет: его тыльная сторона примерно в 10 раз ярче передней, обращенной к планете (кстати, все спутники этой и других планет, как и луна, обращены к своей планете одной и той же стороной).