§ 14. Планеты-гиганты — Астрономия, 11 класс

Гиганты не являются увеличенными копиями Земли

Юпитер и Сатурн состоят преимущественно из водорода и гелия. По мере погружения давление и температура увеличиваются, а свойства вещества постепенно меняются. Видимые облака не являются твёрдой поверхностью, на которую можно поставить аппарат.

В глубинах газовых гигантов водород может находиться в проводящем металлическом состоянии. Строение центральных областей сложнее простой схемы «твёрдый шар под газом» и исследуется по гравитации, магнитным полям и моделям. В рисунке границы оболочек условны.

Облачный диск показывает верхние слои, а не границу твёрдого тела.

Юпитер и Сатурн

Юпитер — самая массивная планета. Быстрое вращение и мощная атмосферная циркуляция создают полосы и вихри. Большое Красное Пятно — долговечный атмосферный вихрь. Юпитер излучает больше энергии, чем получает от Солнца, благодаря внутренним источникам тепла.

Сатурн также богат водородом и гелием и имеет низкую среднюю плотность — меньше плотности воды. Это сравнение средних плотностей, а не реалистичный опыт с «океаном для Сатурна». Его яркие кольца состоят из множества отдельных частиц, главным образом водяного льда.

Погода гигантов получает энергию и от Солнца, и из глубин планеты.

Уран и Нептун: ледяные гиганты

Уран и Нептун меньше Юпитера и Сатурна и содержат относительно больше тяжёлых компонентов. Внешние атмосферы включают водород, гелий и метан. Метан поглощает часть красного света и влияет на окраску; цвет зависит также от аэрозолей и обработки изображений.

Ось Урана наклонена примерно на 98°: планета вращается словно «на боку», поэтому сезонное освещение необычно. У Нептуна заметны мощные ветры и внутренний тепловой поток. Название «ледяные» описывает класс веществ происхождения, а не обещает холодные твёрдые недра.

Уран и Нептун — отдельный по составу тип гигантов.

Кольца, спутники и методы исследования

Кольца есть у всех четырёх гигантов, хотя наиболее заметны у Сатурна. Это тонкие системы частиц на самостоятельных орбитах. Внутренние части кольца обращаются быстрее внешних в кеплеровском приближении. Видимость кольца зависит от наклона к лучу зрения.

Спутники показывают разнообразие: вулканическая Ио, ледяная Европа, Ганимед, Титан, Энцелад, Тритон. Орбиты спутников позволяют определять массы планет. Состав и строение исследуют по спектрам, полям, пролётам и орбитальным аппаратам. Количество известных спутников меняется с открытиями, поэтому здесь оно не используется как неизменная характеристика.

Кольцо — множество движущихся тел, а не сплошной диск.

Разберём задачу

Во сколько раз различаются периоды частиц кольца при радиусах r и 2r?

Сначала выбери физическую связь и условия её применения. Сделай собственный расчёт или объяснение, затем открой разбор.

Показать решение и проверку

T² ∝ r³, значит T₂/T₁ = 2^(3/2) ≈ 2,83. Внешняя частица обращается медленнее и делает один оборот за большее время. Это расчёт без взаимных возмущений частиц и спутников.

Шесть опорных идей

01Облачный диск показывает верхние слои, а не границу твёрдого тела.

02Погода гигантов получает энергию и от Солнца, и из глубин планеты.

03Уран и Нептун — отдельный по составу тип гигантов.

04Кольцо — множество движущихся тел, а не сплошной диск.

05Открытие Нептуна в 1846 году связано с предсказанием его положения по гравитационным возмущениям.

06Кольца Сатурна могут казаться почти исчезнувшими, когда наблюдатель смотрит почти вдоль их тонкой плоскости.

Попробуй теперь ответить своими словами: Что находится под облаками гигантов, если у них нет привычной поверхности?

ПАРАГРАФ 14Планеты-гиганты

Гигант в разрезе и его кольцо