Підручник з Природничих наук. 1 частина. 10 клас. Гільберг - Нова програма

ДАЛЕКІ ГІГАНТИ

Юпітер — п’ята й найбільша планета Сонячної системи (більш ніж удвічі масивніша за всі інші планети разом узяті). Юпітер швидше за всі інші планети обертається навколо своєї осі. Більше про цю планету ви дізнаєтеся, проаналізувавши інформацію, наведену в таблиці 10.6.

Таблиця 10.6

Характеристики Юпітера
Орбітальні		Фізичні характеристики
Велика піввісь	778 547 200 км (5,2 а. о.)	Середній радіус	69 911 км (10,97 RЗемлі)
Ексцентриситет	0,048	Маса	1,9 · 1027 кг (318 МЗемлі)
Орбітальний період	11,86 року	Середня густина	1,3 г/см3
Період обертання навколо осі	9 год 55 хв 30 с	Прискорення вільного падіння	24,79 м/с2 (2,52 g)
Нахил орбіти	1,3° до екліптики	Атмосфера	86,1 % — водень 13,8 % — гелій
Супутники	67	Магнітне поле	у 50 разів сильніше за земне

За своїми характеристиками Юпітер обіймає проміжне положення між планетними й зоряними утвореннями, його остаточне формування ще й досі не завершилося. Надра планети дають свій власний потік енергії, у середньому вдвічі більший, ніж Юпітер отримує від Сонця. На глибині 20 000 км водень переходить у металічний стан, у якому нагадує розплавлений метал: зокрема добре проводить електричний струм. Водню з такими властивостями (густина 4 г/см³ за тиску 106 атм) на Землі немає, хоча науковці не полишають спроб добути його. Унаслідок генерування в цій металевій оболонці електричного струму виникає потужне магнітне поле, напруженість якого в 50 разів більша, ніж у земного. Це поле формує навколо планети протяжну магнітосферу з декількома радіаційними поясами (мал. 10.13).

Мал. 10.13. Знімки Юпітера, зроблені за допомогою космічного апарату «Juno» («Юнона») та опубліковані американським аерокосмічним агентством NASA у 2018 р

Навіть у невеликий телескоп на Юпітері добре помітні світлі й темні смуги, що простягаються паралельно екватору. Є низка гіпотез, що пояснюють їхнє походження. Так, за однією з версій смуги виникали в результаті конвекції в атмосфері планети-гіганта — за рахунок підігрівання з надр і, як наслідок, підняття одних шарів й охолодження та опускання вниз інших. Конвекційні потоки, що виносять внутрішнє тепло до поверхні, зовні виглядають як світлі зони й темні пояси. Верхній шар світлих хмар складається з кристаликів амоніаку NH₃, має температуру — 107 °С і тиск порядку 1 атм, що відповідає висхідним потокам. Розташовані нижче темні хмари поясів складаються, імовірно, з червоно-коричневих кристалів амоній гідрогенсульфіду NH₄HS та мають вищу температуру. Ці структури є областями низхідних потоків. Зони та пояси мають різну швидкість руху в напрямку обертання Юпітера. На границях поясів і зон спостерігають сильну турбулентність, яка спричинює утворення численних вихрових структур. Найвідомішою є Велика червона пляма, яка спостерігається на поверхні Юпітера протягом останніх 300 років.

Є гіпотези щодо можливості існування життя у хмарах Юпітера, адже його атмосфера має всі компоненти, які були необхідні для появи життя на Землі. Деякі шари хмар є теплими та відносно комфортними для існування навіть земних мікроорганізмів.

Чотири найбільші супутники: Іо, Європа, Ганімед, Каллісто відкрив ще Галілей за допомогою свого першого телескопа, тому їх називають Галілеєві супутники (мал. 10.14). Іо має найбільшу геологічну активність з усіх тіл Сонячної системи. На Іо зареєстровано 8 постійно активних вулканів, з жерл яких виходять розжарені гази та магма.

Три інші Галілеєві супутники — Європа, Ганімед та Каллісто — дуже схожі між собою: на їхній поверхні видно багато снігу та льоду. Ганімед є найбільшим супутником у Сонячній системі, який за розмірами навіть перевершує Меркурій.

У Юпітера до 2011 p. зареєстровано 63 супутники й тьмяні кільця.

Мал. 10.14. Супутники Юпітера

Сатурн — друга за величиною й шоста від Сонця планета Сонячної системи. Ця планета-гігант дуже схожа на Юпітер. Це єдина планета Сонячної системи, чия середня густина менша від густини води. Візитівкою Сатурна є відомі кільця, які видно в телескоп. Вони оперізують планету навколо екватора (мал. 10.15).

Мал. 10.15. Сатурн

Атмосфері Сатурна властиві такі самі ділянки смуг, як і атмосфері Юпітера, однак на Сатурні ці смуги виражені менш яскраво і є значно ширшими поблизу екватора. Жовтуватого кольору верхнім шарам атмосфери Сатурна надають снігові хмари з амоніаку. На глибині 300 км від верхніх шарів розташовані хмари, у яких внаслідок підвищення температури сніг перетворюється на дощ. Більше про цю планету ви дізнаєтеся, проаналізувавши інформацію, наведену в таблиці 10.7.

Таблиця 10.7

Характеристики Сатурна
Орбітальні характеристики		Фізичні характеристики
Велика піввісь	1 433 449 370 км (9,6 а. о.)	Середній радіус	57 316 км (9,4 RЗемлі)
Ексцентриситет	0,056	Маса	5,68 · 1026 кг (95 МЗемлі)
Орбітальний період	29,46 року	Середня густина	0,69 г/см3
Період обертання навколо осі	10 год 34 хв 13 с	Прискорення вільного падіння	10,44 м/с2 (1,07 g)
Середня орбітальна швидкість	9,69 км/с	Температура поверхневих шарів	98 K
Нахил орбіти	2,5° до екліптики	Атмосфера	95,32 % — водень 3,25 % — гелій
Супутники	62	Магнітне поле	трохи слабше за земне

Сатурн теж випромінює в космос більше енергії, ніж отримує від Сонця. Як і Юпітер, має магнітне поле, радіаційні пояси та є джерелом радіовипромінювання.

Сатурн має помітну систему кілець, що складаються здебільшого з частинок криги, меншої кількості важких елементів і пилу. Навколо планети обертається 62 відомі на 2013 р. супутники. Титан — найбільший серед них, це другий за розмірами супутник у Сонячній системі, який перевершує за своїми розмірами Меркурій і має єдину серед супутників Сонячної системи густу атмосферу.

Наразі на орбіті Сатурна перебуває автоматична міжпланетна станція «Кассіні», запущена в 1997 р. Вона дісталася системи Сатурна в 2004 р. Її завданнями, зокрема, є вивчення структури кілець, а також динаміки атмосфери й магнітосфери Сатурна.

Уран. На відміну від інших газових гігантів — Сатурна та Юпітера, що складаються переважно з водню та гелію, у надрах Урана та схожого з ним Нептуна немає металевого водню. Проте в них є багато високотемпературних модифікацій льоду — із цієї причини фахівці виділили ці дві планети в окрему категорію «крижаних гігантів». Більше про цю планету ви дізнаєтеся, проаналізувавши інформацію, наведену в таблиці 10.8.

Таблиця 10.8

Характеристики Урана
Орбітальні характеристики		Фізичні характеристики
Велика піввісь	2 876 679 082 км (19,2 а. о.)	Середній радіус	25 266 км (4 RЗемлі)
Ексцентриситет	0,044	Маса	8,68 · 1025 кг (14,5 МЗемлі)
Орбітальний період	84,32 року	Середня густина	1,27 г/см3
Період обертання навколо осі	17 год 14 хв	Прискорення вільного падіння	8,69 м/с2 (0,89 g)
Середня орбітальна швидкість	6,81 км/с	Температура поверхневих шарів	49 K
Нахил орбіти	0,7° до екліптики	Атмосфера	50 % — молекулярний водень 15 % — гелій 20 % — метан 5 % — амоніак
Супутники	27	Магнітне поле	має чотири полюси (два північних і два південних)

Уран рухається навколо Сонця майже коловою орбітою, його середня відстань від Сонця у 19 разів більша, ніж у Землі. Вісь планети лежить майже в площині орбіти, до того ж Уран, як і Венера, обертається у зворотному напрямку (зі сходу на захід). Уважають, що таке аномальне для Сонячної системи обертання спричинене зіткненням цих планет з великими космічними тілами на ранніх стадіях еволюції.

Такий великий кут нахилу приводить до унікальної в Сонячній системі зміни пір року — полярні кола розташовані майже на екваторі, а тропіки — біля полюсів. Це означає, що Сонце освітлює один з полюсів планети майже 42 земні роки, тоді як на іншому полюсі стільки само триває полярна ніч (мал. 10.16).

Мал. 10.16. Уран

Як й інші планети-гіганти, Уран має кільця. За допомогою телескопів відкрито тільки 5 великих супутників: Аріель, Умбріель, Титанію, Оберон і Міранду, а всі інші вперше сфотографовано в 1986 р. за допомогою космічних апаратів.

Нептун. Уже перші спостереження за Ураном засвідчили, що він рухається не так, як мав би під дією гравітації Сонця та інших відомих планет. Причиною невідповідностей могло бути невідоме масивне небесне тіло. Так відкрили Нептун. Ця подія є дивовижним досягненням небесної механіки — планету відкрито завдяки математичним розрахункам, а не методом регулярних спостережень.

Нептун — четверта за розміром і третя за масою планета. Її орбіта перетинається з орбітою Плутона та з орбітою комети Галлея.

За фізичними властивостями Нептун дуже схожий на Уран. Він теж належить до «крижаних планет». Планета має внутрішнє джерело енергії, бо випромінює в космос тепла майже втричі більше, ніж одержує його від Сонця. Більше про цю планету ви дізнаєтеся, проаналізувавши інформацію, наведену в таблиці 10.9.

Таблиця 10.9

Характеристики Нептуна
Орбітальні характеристики		Фізичні характеристики
Велика піввісь	4 503 443 661 км (30,06 а. о.)	Середній радіус	24 516 км (3,8 RЗемлі)
Ексцентриситет	0,011	Маса	1,02 · 1026 кг (17,14 МЗемлі)
Орбітальний період	164,78 року	Середня густина	1,638 г/см3
Період обертання навколо осі	16 год 6 хв 36 с	Прискорення вільного падіння	11,15 м/с2 (1,14 g)
Середня орбітальна швидкість	5,43 км/с	Температура поверхневих шарів	72 K
Нахил орбіти	1,8° до екліптики	Атмосфера	67 % — водень 31 % — гелій 2 % — метан
Супутники	14	Магнітне поле	має чотири полюси (два північних і два південних)

Атмосфера Нептуна, подібно до атмосфери Юпітера та Сатурна, складається переважно з водню та гелію. Сліди метану в зовнішніх шарах атмосфери є причиною синього забарвлення планети (мал. 10.17).

Мал. 10.17. Нептун

У Нептуна виявлено 14 супутників та тонкі тьмяні кільця. За допомогою телескопів було відкрито 2 супутники — Тритон та Нереїда, а інші сфотографували в 1989 р. за допомогою космічних апаратів.

Тритон — єдиний великий супутник з-поміж тіл Сонячної системи, який рухається навколо планети в зворотному напрямку порівняно з обертанням Нептуна навколо осі. Це свідчить, що Тритон, можливо, був колись захоплений гравітаційним полем Нептуна, і він спіралеподібною траєкторією наближається до планети. Коли відстань між Нептуном та Тритоном зменшиться до 65 000 км (межа Роша), припливні сили зруйнують супутник, і навколо Нептуна утвориться величезне кільце, подібне до кілець Сатурна.