Планеты-гиганты

Министерство образования РФ

КУРСКИЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ

РЕФЕРАТ

по предмету: ФИЗИКА

на тему: ПЛАНЕТЫ-ГИГАНТЫ

выполнил: студентка гр. ТЭП-11

Рюмшина Ю.Н.

Проверил: преподаватель физики

Шевцова С.А.

Курск-2001

План

1. Планеты-гиганты

2. Спутники планет-гигантов и Плутон

3. Состав и строение спутников планет-гигантов

4. Список используемой литературы

ПЛАНЕТЫ-ГИГАНТЫ

Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун представляют юпитерову группу планет, или группу планет-гигантов, хотя их большие диаметры не единственная черта, отличающая эти планеты от планет земной группы. Планеты-гиганты имеют небольшую плотность, краткий период су¬точного вращения и, следовательно, значительное сжа¬тие у полюсов; их видимые поверхности хорошо отража¬ют, или, иначе говоря, рассеивают солнечные лучи.

Уже довольно давно установили, что атмосферы планет-гигантов состоят из метана, аммиака, водорода, гелия. Полосы поглощения метана и аммиака в спектрах больших планет видны в огромном количестве. Причем с переходом от Юпитера к Нептуну метановые полосы постепенно усиливаются, а полосы аммиака слабеют. Основная часть атмосфер планет-гигантов заполнена густыми облаками, над которыми простирается доволь¬но прозрачный газовый слой, где «плавают» мелкие частицы, вероятно, кристаллики замерзших аммиака и метана.

Вполне естественно, что среди планет-гигантов луч¬ше всего изучены две ближайшие к нам — Юпитер и Сатурн.

Поскольку Уран и Нептун сейчас не привлекают к себе особенного внимания ученых, остановимся более подробно на Юпитере и Сатурне. К тому же значитель¬ная часть вопросов, которые можно решить в связи с описанием Юпитера и Сатурна, относится также и к Нептуну.

Юпитер является одной из наиболее удивительных планет Солнечной системы, и мы уделяем ему значитель¬но больше внимания, чем Сатурну. Необычайным в этой планете является не ее полосатое тело с довольно быстрым перемещением темных полос и изменением их ширины и не огромное красное пятно, диаметр которого около 60 тыс. км., изменяющее время от времени свой цвет и яркость, и, наконец, не его «господствующее» по размеру и массе положение в планетной семье. Необычайное за¬ключается в том, что Юпитер, как показали радио¬астрономические наблюдения, является источником не только теплового, а и так называемого нетеплового ра¬диоизлучения. Вообще для планет, которым присущи спокойные процессы, нетепловое радиоизлучение явля¬ется совсем неожиданным.

То, что Венера, Марс, Юпитер и Сатурн являются источниками теплового радиоизлучения, теперь твер¬до установлено и не вызывает у ученых никакого сомнения. Это радиоизлучение целиком совпадает с тепловым излучением планет и является «остатком», а точнее—низкочастотным «хвостом» теплового спектра нагретого тела. Поскольку механизм теплового радио¬излучения хорошо известен, такие наблюдения позво¬ляют измерять температуру планет. Тепловое радиоиз¬лучение регистрируется с помощью радиотелескопов сантиметрового диапазона. Уже первые наблюдения Юпитера на волне 3 см дали температуру радиоизлучения такую же, как и радиометрические наблюдения в ин¬фракрасных лучах. В среднем эта температура составля¬ет около— 150°С. Но случается, что отклонения от этой средней температуры достигают 50—70, а иногда 140°С, как, например, в апреле — мае 1958 г. К сожалению, пока не удалось выяснить, связаны ли эти отклонения радио¬излучения, наблюдаемые на одной и той же волне, с вращением планеты. И дело тут, очевидно, не в том, что угловой диаметр Юпитера в два раза меньше наи¬лучшей разрешающей способности крупнейших радиоте¬лескопов и что, следовательно, невозможно наблюдать отдельные части поверхности. Существующие наблюде¬ния еще очень немногочисленны для того, чтобы отве¬тить на эти вопросы.

Что касается затруднений, связанных с низкой раз¬решающей способностью радиотелескопов, то в отноше¬нии Юпитера можно попробовать их обойти. Нужно только надежно установить на основании наблюдений период аномального радиоизлучения, а потом сравнить его с периодом вращения отдельных зон Юпитера. Вспомним, что период 9 час. 50 мин., — это период вращения его эквато¬риальной зоны. Период для зон умеренных широт на 5—6 мин. больший (вообще на поверхности Юпитера на¬считывается до 11 течений с разными периодами).

Таким образом, дальнейшие наблюдения могут привести нас к окончательному результату. Вопрос о связи аномального радиоизлучения Юпитера с периодом его вращения имеет немаловажное значение. Если, напри¬мер, выяснится, что источник этого излучения не связан с поверхностью Юпитера, то возникнет необходимость в более старательных поисках его связи с солнечной ак¬тивностью.

Не так давно сотрудники Калифорнийского техноло¬гического института Ракхакришнан и Робертс наблюда¬ли радиоизлучения Юпитера на дециметровых волнах (31 см). Они использовали интерферометр с двумя пара¬болическими зеркалами. Это позволило им разделить угловые размеры источника, который представляет со¬бой кольцо в плоскости экватора Юпитера, диаметром около трех диаметров планеты. Температура Юпитера, которую определили на дециметровых волнах, оказалась слишком высокой для того, чтобы можно было считать природу источника этого радиоизлучения тепловой. Оче¬видно, тут мы имеем дело с излучением, происходящим от заряженных частиц, захваченных магнитным полем Юпитера, а также сконцентрированных вблизи планеты благодаря значительному гравитационному полю.

Итак, радиоастрономические наблюдения стали мощ¬ным способом исследования физических условий в атмо¬сфере Юпитера.

Мы кратко рассказали о двух видах радиоизлучения Юпитера. Это, во-первых, главным образом тепловое ра¬диоизлучение атмосферы, которое наблюдается на санти¬метровых волнах. Во-вторых, радиоизлучение на деци¬метровых волнах, имеющее, по всей вероятности, нетеп¬ловую природу.

Остановимся кратко на третьем виде радиоизлучения Юпитера, которое, как упоминалось выше, является не¬обычным для планет. Этот вид радиоизлучения имеет также нетепловую природу и регистрируется на радио¬волнах длиной в несколько десятков метров.

Ученым известны интенсивные шумовые бури и всплески «возмущенного» Солнца. Другой хорошо из¬вестный источник такого радиоизлучения — это так называемая Крабовидная туманность. Согласно пред¬ставлению о физических условиях в атмосферах и на поверхностях планет, которое существовало до 1955 г., никто не надеялся, что хотя бы одна из планет в состоя¬нии «дышать» по образцу разных по природе объектов — Солнца или Крабовидной туманности. Поэтому не удиви¬тельно, что когда в 1955 г. наблюдатели за Крабовидной туманностью зарегистрировали дискретный источник радиоизлучения переменной интенсивности, они не сразу решились отнести его на счет Юпитера. Но никакого дру¬гого объекта в этом направлении не было обнаружено, поэтому всю «вину» за возникновение довольно значи¬тельного радиоизлучения в конце концов возложили на Юпитер.

Характерной особенностью излучения Юпитера яв¬ляется то, что радиовсплески длятся недолго (0,5—1,5 сек.). Поэтому в поисках механизма радиоволн в этом случае приходится исходить из предположения либо о дис¬кретном характере источника (подобного разрядам), либо о довольно узкой направленности излучения, если источник действует непрерывно. Одну из возможных причин происхождения радиовсплесков Юпитера объяс¬няла гипотеза, согласно которой в атмосфере плане¬ты возникают электрические разряды, напоминающие молнию. Но позднее выяснилось, что для образования столь интенсивных радиовсплесков Юпитера мощность разрядов должна быть почти в миллиард раз большей, чем на Земле. Это значит, что, если радиоизлучение Юпи¬тера возникает благодаря электрическим разрядам, то последние должны носить совершенно иной характер, чем возникающие во время грозы на Земле. Из других гипо¬тез заслуживает внимания предположение, что Юпитер окружен ионосферой. В этом случае источником возбуж¬дения ионизованного газа с частотами 1—25 мгц могут быть ударные волны. Для того чтобы такая модель согла¬совалась с периодическими кратковременными радио¬всплесками, следует сделать предположение о том, что ра¬диоизлучение выходит в мировое пространство в грани¬цах конуса, вершина которого совпадает с положением источника, а угол у вершины составляет около 40°. Не исключено также, что ударные волны вызываются про¬цессами, происходящими на поверхности планеты, или конкретнее, что тут мы имеем дело с проявлением вулка¬нической деятельности. В связи с этим необходимо пере¬смотреть модель внутреннего строения планет-гигантов. Что же касается окончательного выяснения механизма происхождения низкочастотного радиоизлучения Юпи¬тера, то ответ на этот вопрос следует отнести к будуще¬му. Теперь же можно сказать лишь то, что источники этого излучения на основании наблюдений в течение восьми лет не изменили своего положения на Юпитере. Следовательно, можно думать, что они связаны с по¬верхностью планеты.

Таким образом, радионаблюдения Юпитера за по¬следнее время стали одним из наиболее эффективных методов изучения этой планеты. И хотя, как это часто случается в начале нового этапа исследований, толко¬вание результатов радионаблюдений Юпитера связано с большими трудностями, мнение в целом о нем как о холодной и «спокойной» планете довольно резко изме¬нилось.

Наблюдения показывают, что на видимой поверх¬ности Юпитера есть много пятен, различных по форме, размеру, яркости и даже цвету. Расположение и вид этих пятен изменяются довольно быстро, и не только благо¬даря быстрому суточному вращению планеты. Можно