Законы Кеплера. Происхождение Солнечной системы

Планета Юпитер

Юпитер господствует среди девяти планет нашей Солнечной  системы, соперничая с Солнцем в  своем великолепии. Самая большая  планета находится далеко за основным поясом астероидов. Масса Юпитера  намного превышает массу всех других планет, вместе взятых. Огромная атмосфера Юпитера создает огромное давление. Оно увеличивается при  приближении к центру планеты. В  таких экстремальных условиях газы в атмосфере находятся в необычных  состояниях. Находящийся достаточно глубоко водород под давлением  атмосферы сформировал слой в  жидком металлическом состоянии. Это - и не океан, и не атмосфера. Такой  слой водорода должен иметь свойства, которые не укладываются в наше привычное  понимание. В отличие от простого газообразного водорода, жидкий металлический  водород способен проводить электрический  ток. Устойчивый радиошум и сильное  магнитное поле Юпитера излучаются как раз этим слоем металлической  жидкости

· Масса: 1,9*10²⁷ кг. (318 масс Земли);

· Диаметр экватора: 143760 км. (11,2 диаметров экватора Земли);

· Плотность: 1,31 г/см³

· Температура верхних облаков: -160°С - максимум

· Расстояние от Солнца (среднее): 5,203 а.е., то есть 778 млн км

· Период обращения по орбите (год): 11,867 лет

· Период обращения вокруг собственной оси (сутки): 9,93 часа

· Наклон орбиты к эклиптике: 1°18'17"

· Эксцентриситет орбиты: 0,0489

· Средняя скорость движения по орбите:13,1 км/с

· Ускорение свободного падения:24,74 м/с²

Строение Юпитера

Планеты и Солнце образовались из общего газопылевого облака. На долю Юпитера пришлось 2/3 массы от всей массы планет Солнечной  системы, но этого не хватило для  того, чтобы в центре Юпитера начались термоядерные реакции: планета в 80 раз  легче самой маленькой звезды главной последовательности. Юпитер обладает собственным источником тепла, связанным с радиоактивным распадом вещества и энергией, высвобождающейся в результате сжатия. В тепловом режиме Юпитера большую роль играют потоки внутренней энергии из центра планеты. Планета излучает больше энергии, чем получает от Солнца. Атмосфера  Юпитера состоит на 89 % из водорода и на 11 % гелия и напоминает по химическому составу Солнце. Ее протяженность 6 тысяч километров. Оранжевый цвет атмосфере придают соединения фосфора  или серы. Газовые планеты, к которым  относится Юпитер, не имеют твердой  поверхности, их газообразный материал просто становится более плотным  с глубиной. Выше ядра находится  основной объем планеты в форме  жидкого металлического водорода. Жидкий металлический водород состоит  из ионизированных протонов и электронов. При такой температуре и давлении, как у Юпитера, водород внутри него - жидкость, а не газ. Он является электрическим проводником и  источником магнитного поля Юпитера. Этот водородный слой, возможно, также содержит некоторое количество гелия. Юпитер имеет огромное магнитное поле, намного  более сильное, чем у Земли. У  Юпитера есть кольца, подобно Сатурну, но намного более слабые. В отличие  от Сатурна, кольца Юпитера - темные. Они  состоят из очень мелких частиц горных пород. Также в отличие от колец  Сатурна они не содержат льда.

Атмосфера Юпитера

Атмосфера Юпитера  характерна ветрами больших скоростей, дующих в пределах широких полос, параллельных экватору планеты, причем в смежных полосах на Юпитере  ветра направлены в противоположные  стороны. Ветры на Юпитере достигают  скорости 500 км/ч. Атмосфера Юпитера  создает гигантское давление, увеличивающееся  при приближении к центру планеты. Наиболее удаленный от ядра слой состоит  прежде всего из обычного молекулярного  водорода и гелия, которые находятся  в жидком состоянии внутри и постепенно переходят в газообразное снаружи. На Юпитере существуют полосы, ограниченные по широте, внутри которых дуют ветры  с очень высокими скоростями, причем их направления противоположны в  смежных полосах. Небольшой разницы  в химическом составе и температуре  между этими областями достаточно для того, чтобы они выглядели  как цветные полосы. Светлые полосы называются зонами, темные - поясами. Атмосфера  Юпитера высоко турбулентна. Яркие  цвета, видимые в облаках Юпитера, являются результатом протекания различных  химических реакций элементов, присутствующих в атмосфере, возможно, включая серу, наличие которой может давать широкий спектр цветов, но подробности  пока не известны.

Спутники Юпитера

К началу третьего тысячелетия у Юпитера известно 28 спутников. Четыре из них отличаются большими размерами и массой. Они  движутся почти по круговым орбитам  в плоскости экватора планеты. 20 внешних спутников настолько  далеки от планеты, что невидимы с  ее поверхности невооруженным глазом, а Юпитер в небе самого дальнего из них выглядит меньше Луны. Ряд  малых спутников движутся по почти  одинаковым орбитам. Все они - остатки  более крупных спутников Юпитера, разрушенных его тяготением. Внешние  же спутники Юпитера вполне могли  быть захвачены гравитационным полем  планеты: все они обращаются вокруг Юпитера в обратную сторону.

Спутник Юпитера  ИО

Орбита = 422 000 км от Юпитера  
Диаметр = 3630 км  
Масса = 8.93*1022 кг

Ио - третий по величине и ближайший спутник Юпитера. Ио немного больше, чем Луна В  отличие от большинства спутников  во внешней солнечной системе  Ио и Европа подобны по составу  планетам земной группы, прежде всего  наличием силикатных горных пород. Ио имеет железное ядро радиусом 900 км. Поверхность Ио радикально отличается от поверхности любого другого тела Солнечной системы. На Ио найдено  очень мало кратеров, следовательно, его поверхность очень молода. Материал, прорывающийся из вулканов Ио, является некоторой разновидностью серы или двуокиси серы. Вулканические  извержения быстро изменяются. Энергию  для всей этой активности Ио, возможно, получает благодаря приливным взаимодействиям  с Европой, Ганимедом и Юпитером. Ио пересекает линии магнитного поля Юпитера, генерируя электрический  ток. Ио может иметь собственное  магнитное поле, как Ганимед. На Ио очень разряженная атмосфера, состоящая  из двуокиси серы и некоторых других газов. В отличие от других спутников  Юпитера, на Ио очень мало или вообще нет воды. Ио имеет твердое металлическое  ядро, окруженное каменной мантией, как  у Земли. Форма Ио под влиянием Юпитера сильно искажается. Ио постоянно  имеет овальную форму из-за вращения и приливного влияния Юпитера.

Спутник Юпитера Европа

Орбита = 670 900 км от Юпитера  
Диаметр = 3138 км  
Масса = 4.80*1022 кг

Европа и Ио подобны  по составу планетам земной группы: они также главным образом  состоят из силикатной горной породы. В отличие от Ио Европа сверху покрыта  тонким слоем льда. Внутри Европа состоит  из слоев с малым металлическим  ядром в центре. Поверхность Европы нисколько не похожа на что-либо во внутренней Солнечной системе. Она  чрезвычайно гладкая: было замечено лишь несколько особенностей рельефа  высотой немногим более чем несколько  сотен метров. На Европе очень немного  кратеров, и только три кратера  имеют диаметр больше 5 км. Под  поверхностью льда Европы находится  уровень жидкой воды глубиной целых 50 км. Большая часть поверхности  Европы пересечена рядами темных полосок. Европа имеет очень незначительную атмосферу, состоящую из кислорода. Поверхность Европы представляет большой  интерес, так как под ледяной  коркой может находиться океан жидкой воды, создающей условия, подходящие для жизни. Малое количество кратеров, найденных на Европе, свидетельствует  о том, что ее поверхность очень  молода с геологической точки  зрения.

Спутник Юпитера Ганимед

Орбита = 1 070 000 км от Юпитера  
Диаметр = 5262 км  
Масса = 1.48*1023 кг

Ганимед является седьмым  и самым большим спутником  Юпитера. Ганимед - самый большой  спутник в Солнечной системе  и своими размерами превосходит  еще и две планеты - Меркурий и  Плутон. Его диаметр больше диаметра Меркурия, но его масса составляет только приблизительно половину массы  Меркурия. Ганимед намного больше, чем Плутон. Ганимед разделяется  на три структурных уровня: малое  ядро из расплавленного железа или  железа и серы, окруженное скалистой  силикатной мантией с ледяной  оболочкой на поверхности. Поверхность  Ганимеда представляет собой в основном два типа местности: очень старые, с большим количеством кратеров, темные области, и несколько более  молодые, более светлые, области  с протяженным рядами канав и  горных кряжей. В разряженной атмосфере  Ганимеда содержится кислород подобно  Европе, но это не является доказательством  наличия жизни. Поверхность Ганимеда покрыта большим количеством  льда. Ганимед имеет собственное  сильное магнитное поле.

Спутник Юпитера Каллисто

Спутник размером примерно с Меркурий - третий по величине после  Ганимеда и Титана, его диаметр 4800 км, а средняя плотность= 1,83 г/см3. Водяной лед Каллисто составляет до 60 % массы спутника. У Каллисто найдено собственное магнитное  поле напряженностью 750 мТл на поверхности. Поэтому предполагается наличие  металлического ядра под силикатной корой. Так же, как и у Ганимеда, светлые кратеры - это более поздние  образования на поверхности спутника. Возраст поверхности Каллисто измеряется миллиардами лет; на ней практически  отсутствуют следы вулканической  деятельности. Если наличие океана на Европе можно считать достаточно правдоподобным, то для Каллисто более  вероятно его отсутствие.

Планета Сатурн

Планета известна с  самых древних времен. Максимальная видимая звездная величина Сатурна +0,7m. Эта планета - один из самых ярких  объектов на нашем звездном небе. Кольца Сатурна видимы с Земли в небольшой  телескоп. Они состоят из тысяч  и тысяч небольших твердых  обломков камней и льда, которые  вращаются вокруг планеты.

· Масса: 5,68*10²⁶ кг. (95 масс Земли);

· Диаметр экватора: 120420 км. (9,46 диаметров экватора Земли);

· Плотность: 0,71 г/см³

· Температура поверхности: -23°С на большей части поверхности, -150°С на полюсах, 0°С на экваторе.

· Расстояние от Солнца (среднее): 9,54 а.е., то есть 778 млн км

· Период обращения по орбите (год): 29,666 земных лет

· Период обращения вокруг собственной оси (сутки): 10,54 часа

· Наклон орбиты к эклиптике: 2°29'

· Эксцентриситет орбиты: 0,057

· Ускорение свободного падения:9,44 м/с²

Строение  Сатурна

Ниже атмосферы  простирается океан жидкого молекулярного  водорода. На глубине около 30 000 км водород  становится металлическим (давление достигает  около 3 миллионов атмосфер). Движение металла создает мощное магнитное  поле. В центре планеты находится  массивное железо-каменное ядро. Магнитное  поле Сатурна более слабое по сравнению  с Юпитером. У Сатурна ось вращения совпадает с осью диполя. Некоторые  заряженные частицы, двигаясь от полюса к полюсу, проходят через систему  колец и поглощаются там льдом  и пылью. Поэтому в области  колец магнитосфера Сатурна очень  пуста - в ней очень мало заряженных частиц.

Спутники  Сатурна

Система спутников  Сатурна довольно сложна. Известны 30 спутников. Двенадцать из них открыты  за последние несколько лет. Спутники Сатурна можно разделить на две  группы - регулярные и иррегулярные. Регулярные спутники движутся по почти  круговым орбитам, лежащим недалеко от планеты вблизи ее экваториальной плоскости. Все регулярные спутники обращаются в одном направлении - в направлении вращения самой  планеты. Это указывает на то, что  сформировались эти спутники в газопылевом  облаке, окружавшем планету в период ее рождения. В отличие от них, иррегулярные спутники обращаются далеко от планеты, по хаотическим орбитам, ясно указывающим, что эти тела были захвачены планетой сравнительно недавно из числа пролетавших  мимо нее астероидов или ядер комет. Большинство спутников состоит  из льда: их плотность не превышает 1400 кг/м3. У наиболее крупных спутников  формируется каменистое ядро. Почти  все спутники всегда повернуты к  планете одной стороной. Тефия  как бы «пасет» два других спутника - Телесто и Калипсо, расположенных  на 60° впереди и позади Тефии. Подобным образом двигаются Троянцы  вместе с Юпитером. Спутник перед  собой имеет и другая крупная  луна - Диона. Темный Гиперион не имеет  постоянной скорости вращения вокруг своей оси: она меняется в течение  месяца на десятки процентов. Спутник  Сатурна Феба обращается вокруг планеты в обратную сторону. Мелкая пыль от него попадает на «переднюю» (по ходу движения) поверхность Япета, вызывая сильное ее почернение. Самый крупный спутник Сатурна, Титан, по своей величине превосходит планету Меркурий. Его диаметр 5150 км. Его внутреннее строение похоже на строение юпитерианских спутников. У Титана предполагается наличие твердого каменистого ядра и ледяной оболочки. У Титана плотная красно-оранжевая атмосфера с облаками высотой около 200 км, через которую нельзя различить детали поверхности. Атмосфера Титана состоит на 85% из азота, на 12% из аргона, около 3% занимает метан, обнаружены также примеси кислорода, водорода, этана, пропана и других газов. Существует вероятность, что под атмосферой находится метан-этановый океан глубиной в несколько километров.

Атмосфера Сатурна

Атмосфера Сатурна - в основном, водород и гелий. Около 7 процентов объема верхней  атмосферы Сатурна - гелий, в то время  как почти все остальное - водород. Невысокая контрастность цветов на видимом диске Сатурна могла  бы быть результатом более сильного смешивания газов в направлении, перпендикулярном экватору. Ветра на Сатурне очень сильны. Вблизи экватора их скорость: около 500 метров в секунду. Ветра дуют, по большей части, в  восточном направлении. Сила ветров ослабевает при удалении от экватора. Также, при удалении от экватора, появляется все больше западных течений. Преобладание восточных потоков (по направлению  осевого вращения) указывает на то, что ветры не ограничены слоем  верхних облаков, они должны распространяться внутрь, по крайней мере, на 2 000 километров. Ветра в южном и северном полушариях симметричны относительно экватора. Минимальная температура на Сатурне - 82 Кельвина. Температура возрастает при погружении в атмосферу

Кольца  Сатурна

Кольца Сатурна  видимы с Земли в небольшой  телескоп. Они состоят из тысяч  и тысяч небольших твердых  частиц из камней и льда, которые  вращаются вокруг планеты. Существует 3 основных кольца, названных A, B и C. Они  различимы без особых проблем  с Земли. Есть и более слабые кольца - D, E, F. При ближайшем рассмотрении колец оказывается великое множество. Между кольцами существуют щели, где  нет частиц. Ширина колец равна 400 тыс. км, однако в толщину они составляют всего несколько десятков метров. Все кольца состоят из отдельных  кусков льда разных размеров. Эти частицы  двигаются с практических одинаковыми  скоростями (около 10 км/с), иногда сталкиваясь  друг с другом. Под действием спутников  кольцо немного выгибается, переставая быть плоским: видны тени от Солнца. Внешний вид колец меняется от года к году. Это обусловлено наклоном плоскости колец к плоскости  орбиты планеты.

Планета Уран

Уран едва видим  невооруженным глазом в очень  ясные ночи, его нетрудно обнаружить в бинокль. Максимальная видимая  звездная величина m = +5,5. Небольшой  астрономический телескоп покажет  маленький диск.

· Масса: 8,7*10²⁵ кг. (14,5 масс Земли);

· Диаметр экватора: 51000 км. (4 диаметра экватора Земли);

· Плотность: 1,27 г/см³

· Температура поверхности: -220 °С

· Расстояние от Солнца (среднее): 19,2 a.e.,то есть 2,86 млрд км

· Период обращения по орбите (год): 84 года

· Период обращения вокруг собственной оси: 17 ч 14 мин

· Наклон орбиты к эклиптике: 0°46'23"

· Эксцентриситет орбиты: 0,0463

· Средняя скорость движения по орбите:6,8 км/с

· Ускорение свободного падения:9,67 м/с²

Уран  изнутри

Планета Уран имеет  небольшое твердое железно-каменное ядро, над которым сразу начинается плотная атмосфера. Никаких океанов  на Уране нет. Такое строение планеты  теперь называют двухслойной моделью. Температура в ядре достигает 7000 К, а давление - 6 миллионов атмосфер. Уран почти не имеет внутренних источников энергии. Вскоре после образования  Солнечной системы произошло  столкновение Урана с другим большим  телом. В результате этого столкновения Уран был опрокинут набок. Обедненность легкими газами - следствие недостаточной  массы зародыша планеты, и в ходе образования Уран не смог удержать возле себя большее количество водорода и гелия. Или в этом месте зарождающейся  планетной системы вовсе не было столько легких газов. Атмосфера  на Уране мощная, толщиной не менее 8000 км. Атмосфера Урана состоит  примерно из 83 % водорода, 15 % гелия и 2 % метана. Метан, ацетилен и другие углеводороды в атмосфере планеты  встречаются в значительно больших  количествах, чем на Юпитере и  Сатурне. Именно метановая дымка  хорошо поглощает красные лучи, поэтому  Уран кажется голубым. Уран имеет  полосы облаков, которые очень быстро перемещаются. Ветры в средних  широтах на Уране перемещают облака в тех же направлениях, что и  на Земле. Эти ветры дуют со скоростью  от 40 до 160 м/с. Дневная освещенность на Уране соответствует земным сумеркам сразу после захода Солнца. У Урана  почти такое же сильное магнитное  поле, как у Земли. Конфигурация этого  магнитного поля очень сложная. Очень  приближенно его можно считать  дипольным. Магнитное поле делает возможным  «полярные» сияния, наблюдающиеся в  верхней части атмосферы.