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

Планеты-гиганты расположились за орбитами астероидов Главного Пояса. Это, в порядке их удалённости от Солнца, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Уже давно астрономы знают, что планеты-гиганты гораздо больше и массивнее планет земной группы. Самый легкий гигант – Уран – в 14,5 раза массивнее Земли. Но даже самая массивная планета Солнечной системы – Юпитер – в 1 000 раз уступает в этом показателе Солнцу. Впрочем, надо сказать, что по астрономическим меркам эту разницу можно назвать значительной, но не огромной. В то же время, плотность планет гигантов 3-7 раз уступает плотности планет земной группы.

Планеты-гиганты: характеристики

Планеты-гиганты очень быстро вращаются вокруг своих осей; менее 10 ч требуется огромному Юпитеру, чтобы совершить один оборот. Причем экваториальные зоны планет-гигантов вращаются быстрее, чем полярные , т. е. там, где максимальны линейные скорости точек в их движении вокруг оси, максимальны и угловые скорости. Результат быстрого вращения - большое сжатие планет-гигантов (заметное при визуальных наблюдениях). Разность экваториального и полярного радиусов Земли составляет 21 км, а у Юпитера она равна 4400 км.

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 град.

Планеты-гиганты отличаются большим числом спутников; у Юпитера их обнаружено к настоящему времени 16, Сатурна - 17, Урана - 16 и только у Нептуна - 8. Замечательная особенность планет-гигантов - кольца, которые открыты не только у Сатурна, но и у Юпитера, Урана и Нептуна.

Химический состав планет-гигантов

Вещество, из которого сложены тела Солнечной системы, можно условно разделить на три группы. Во-первых, это горные породы, состоящие из различных минералов, которые нам хорошо известны на Земле. Современные знания позволяют прогнозировать характер глубинных пород, из которых состоят земные недра. Анализ доступного в настоящее время внеземного вещества показал его общее подобие веществу земному по химическому и минералогическому составу. Основными минералообразующими элементами во всех случаях являются кремний, железо, алюминий, магний и титан в окисленном состоянии, то есть при значительном включении кислорода в химические соединения. Средняя температура плавления этих материалов достигает около 2000 К. Условно эту группу можно назвать "земным веществом".

Углерод, азот, кислород и в меньшем количестве водород, входящий в некоторые химические соединения, составляют распространённую группу планетных летучих веществ. В виде газов эти элементы образуют атмосферы отдельных планет или крупных спутников. Но чаще летучие компоненты вещества Солнечной системы существуют при температурах ниже 273 К в твёрдом состоянии, то есть в виде льда. Поэтому эту группу назовем условно "льдами".

Наконец, такие газы, как водород и гелий, наиболее обильно встречающиеся на Солнце, с небольшими примесями неона, аргона и некоторых других элементов отнесем к группе "солнечного вещества". Температура кипения подобной смеси составляет около 15 К.

Ниже экватора хорошо видно Большое Тёмное Пятно Юпитер и Сатурн, их атмосферы состоят из легких элементов: водорода и гелия. Уран и Нептун в значительной степени содержат в себе метан (CH4) , аммиак (NH3), воду и другие не слишком тяжёлые соединения. Другие элементы тоже есть, но их гораздо меньше. Учёные выяснили, что с увеличением массы гиганта растет и его атмосфера. Следовательно, самой обширной атмосферой обладает Юпитер. Уран и Нептун, близкие по массе, мало отличаются и своими атмосферами. Сатурн занимает промежуточное положение. Разница в химическом составе гигантов обусловлена ходом эволюции Солнечной системы.

Лекция: Солнечная система: планеты земной группы и планеты-гиганты, малые тела солнечной системы

Солнечная система состоит из различного рода тел. Основным из них, конечно же, является солнце. Но если не брать его во внимание, то главными элементами Солнечной системы считаются планеты. Именно они являются вторыми по значимости элементами после солнца. Сама солнечная система носит такое название в связи с тем, что солнце здесь играет ключевую роль, поскольку все планеты вращаются именно вокруг солнца.

Планеты земной группы

В настоящее время выделяется две группы планет Солнечной системы. Первая группа - это планеты земной группы. К ним относятся Меркурий, Венера, Земля, а также Марс. В данном списке все они перечислены, исходя из расстояния от Солнца до каждой из этих планет. Свое название они получили в связи с тем, что их свойства чем-то напоминают характеристики планеты Земля. Все планеты земной группы имеют твердую поверхность. Особенностью каждой из этих планет является то, что все они по-разному вращаются вокруг собственной оси. К примеру, у Земли один оборот полного вращения происходит в течение суток, то есть 24 часа, в то время как у Венеры полное вращение осуществляется за 243 земных дня.

У каждой из планет земной группы присутствует своя атмосфера. Она различная по уровню плотности и составу, но она точно существует. К примеру, у Венеры она достаточно плотная, в то время как у Меркурия она практически незаметна. Фактически на данный момент бытует мнение относительно того, что у Меркурия вообще отсутствует атмосфера, однако, на самом деле, это не так. Все атмосферы планет земной группы состоят из веществ, молекулы которых сравнительно тяжёлые. К примеру, атмосфера Земли, Венеры и Марса состоит из углекислого газа и водяных паров. В свою очередь, атмосфера Меркурия состоит в основном из гелия.

Помимо атмосферы, все планеты земной группы имеют приблизительно одинаковый химический состав. В частности, они состоят преимущественно из соединений кремния, а также железа. Впрочем, в составе этих планет есть и иные элементы, но их количество не столь велико.

Особенностью планет земной группы является то, что в их центре присутствуют ядро различной массы. При этом, все ядра находятся в жидком состоянии - исключение составляет, предположительно, только Венера.

У каждой из планет земной группы существуют собственные магнитные поля. При этом, у Венеры их воздействие практически незаметно, в то время как у Земли, Меркурия и Марса они достаточно ощутимы. Что касается Земли, то ее магнитные поля не стоят на одном месте, а двигаются. И хотя их скорость по сравнению с человеческими представлениями крайне мала, ученые предполагают, что движение полей может в дальнейшем привести к смене магнитных поясов.

Ещё одной особенностью планет земной группы является то, что у них практически отсутствуют естественные спутники. В частности, на сегодняшний день они обнаружены только у Земли и у Марса.

Вторая группа планет именуется "планеты-гиганты". К ним относятся Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. По своей массе они значительно превышают массу планет земной группы.

Самым лёгким гигантом на сегодняшний день является Уран, однако и его масса превосходит массу земли

приблизительно в 14 с половиной раз. А самой тяжелой планетой солнечной системы (за исключением Солнца) является Юпитер.

Ни у одной из планет-гигантов фактически нет собственной поверхности, поскольку все они находятся в газообразном состоянии. Газы, из которых состоят эти планеты, по мере приближения к центру или экватору, как его называют, переходят в жидкое состояние. В связи с этим можно заметить разницу в особенностях вращения планет-гигантов вокруг своей же оси. Необходимо отметить, что продолжительность полного оборота составляет максимум 18 часов. Между тем, каждый слой планеты вращается вокруг своей оси с разной скоростью. Данная особенность связана с тем, что планеты-гиганты не являются твердыми. В связи с этим, их отдельные части как бы не связаны между собой.

В центре всех планет-гигантов находится твердое ядро небольших размеров. Вероятнее всего, одним из основных веществ данных планет является водород, который обладает металлическими характеристиками. Благодаря этому, на сегодняшний момент доказано, что у планет-гигантов имеется собственное магнитное поле. Впрочем, в науке на данный момент крайне мало убедительных доказательств и крайне много противоречий, которые могли бы охарактеризовать планеты-гиганты.

Отличительной их чертой является то, что у таких планет имеется множество естественных спутников, а также колец. Кольцами в данном случае именуются мелкие скопления частиц, которые вращаются непосредственно вокруг планеты и собирают различного рода пролетающие мимо мелкие частицы.

На сегодняшний момент науки официально известно только 9 больших планет. Впрочем, в состав планет земной группы и планет-гигантов входят только восемь. Девятая планета, которым является Плутон, не подходит ни к одной из перечисленных групп, поскольку находится на очень далеком расстоянии от Солнца и практически не изучена. Единственное, что можно сказать о Плутоне – то, что его состояние близко к твердому. В настоящий момент существует предположение о том, что Плутон вообще не является планетой. Данное предположение существует более 20 лет, однако решение по исключении Плутона из состава планет пока что не принято.

Малые тела солнечной системы

Кроме планет в Солнечной системе существует масса всевозможных, относительно небольших по своему весу тел, которые именуются астероидами, кометами, малыми планетами и так далее. В целом, данные небесные тела входят в группу малых небесных тел. Они отличаются от планет тем, что имеет твердое состояние, относительно небольшие размеры и могут двигаться вокруг Солнца не только в прямом, но и в обратном направлении. Их размеры гораздо меньше, по сравнению с любой из открытых на сегодняшний момент планет. Теряя космическое притяжение, малые небесные тела солнечной системы попадают в верхние слои земной атмосферы, где сгорают либо падают в форме метеоритов. Изменение состояния тел, вращающихся вокруг иных планет ещё не изучено.

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.

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.).