Куликовский П.Г. Справочник любителя астрономии

Подождите немного. Документ загружается.

§1.6. Планеты

массы самого Сатурна. Внутреннее (креповое) кольцо состоит из очень мелких

частиц. Частицы кольца, по-видимому, покрыты льдом или инеем. Температура

колец около 93 К.

Разделение кольца на три основные ча-

сти и образование щелей (делений) между

ними (рис. 63, а; табл. V) связаны с возмуща-

ющим действием спутников Сатурна на ча-

стицы, образующие кольцо. Местонахожде-

ние щелей соответствует точной соизмеримо-

сти периодов обращения наиболее массивных

спутников Сатурна и частиц, образующих

кольца (ср. с кольцом астероидов, рис. 55).

МНОГО НОВОГО О Сатурне передали аме- Рис. 63. а. Строение основных колец

риканские космические зонды «Пионер-11» Сатурна

Рис. 63. б. Кольца Сатурна по снимку, полученному КА «Вояджер-2»

(1979), «Вояджер-1» (1980) и «Вояджер-2» (1981). Новый зонд «Кассини—Гюйгенс»

(НАСА/ЕКА) уже в пути и должен прибыть к Сатурну летом 2004 г. С помощью

«Вояджеров» получены изумительные фотографии сотен колец, на которые разделя-

ются кольца А, В и С, и тех, которые впервые открыты за их пределами. Рис. 63,6

дает представление о необычайной сложности картины колец Сатурна, включая еще

не объясненные полностью белые полосы, расположенные радиально, либо темные

полосы, похожие на тени (см.: Горькавый Н. Н., Фридман А. М. «Физика планетных

колец»).

Внутреннее строение Сатурна сходно со строением Юпитера. Меньшая средняя

плотность (0,70 г/см

, или 13% плотности Земли), по-видимому, объясняется тем,

112 Глава 1. Общие сведения

Таблица V

Кольца Сатурна

Кольцо или

деление

Внешний радиус

Внутренний радиус или (ширина)

Кольцо или

деление

км

относит. км

угл. сек. в среднем

противостоянии

F 140185

2,33 (50)

(0,01)

А 136780 2,27

122 170 19,6

Щель Энке

133570 2,22 (330)

(0,05)

Щель Кассини 122170

2,03 (4450)

(0,72)

117 520 1,95

~ 92 000 14,8

С ~92 000

1,53 74510

12,0

74 510 1,24

66.970 10,8

Сатурн экв. 60 268

1,00 пол. 54 364

8,7

что вследствие меньшей массы планеты давление в ее недрах не достигает таких

значений, как у Юпитера; содержание же водорода у Сатурна несколько меньше.

Хотя Сатурн излучает вдвое больше тепла, чем получает его от Солнца, его

эффективная температура всего 95 К, а температура внешнего слоя облаков 80-90 К.

Атмосфера Сатурна на 94 % (по объему) состоит из водорода, а остальные 4 % — это

гелий.

У Сатурна открыто 24 спутника. Самый большой и яркий из них Титан (8,З

По своим размерам и массе он больше Луны, но несколько меньше Меркурия. Он

обладает атмосферой, содержащей, как и атмосфера Земли, азот (85%), а кроме

него — аргон, метан и др. Самым близким к планете считался спутник Янус,

открытый О.Дольфюсом на Медонской обсерватории 15 декабря 1966 г. в эпоху

невидимости кольца Сатурна. Блеск Януса ~ 14

. Наибольшее удаление от внешнего

края кольца А всего 3,4". Спутник обычно скрывается в ореоле яркого кольца.

Однако в 80-х гг. открыто четыре спутника, более близких к планете (см. табл.28).

Далекий спутник Сатурна, Феба, движется в обратном направлении.

Установлено, что у четырех спутников (Тефия, Рея, Диона и Япет) период

вращения вокруг оси совпадает с периодами обращения вокруг планеты, т. е. все

они, подобно Луне, обращены к своей планете всегда одной стороной. У Япета

обнаружены заметные колебания блеска, что говорит о наличии на его поверхности

пятен разной яркости.

Затмения спутников Сатурна — довольно редкие явления: их можно наблюдать

лишь в те периоды, когда плоскость кольца (а следовательно, плоскость экватора

планеты и орбит его спутников) проходит через наблюдателя. Как и Юпитер, планета

Сатурн обладает радиационным поясом.

1.6.7. Уран

Уран виден как звезда 6-й звездной величины. Диск планеты (около 4") можно за-

метить лишь в телескоп, дающий не меньше чем 100-кратное увеличение. Линейный

диаметр 51 тыс. км. Некоторые наблюдатели отмечали на Уране полосы, похожие

на полосы Сатурна и также расположенные параллельно экватору планеты. Период

вращения Урана составляет 17

. Сплюснутость диска незначительна (1 : 44).

Плоскость экватора планеты, совпадающая с плоскостью движения его двадцати

спутников, наклонена на 98° к плоскости орбиты самого Урана; его вращение

происходит в сторону, противоположную вращению всех остальных планет (кроме

§ 1.6. Планеты 113

Рис. 64. Снимок колец Урана

Венеры). Он вращается как бы «лежа на боку». Спутники Урана доступны только

сильным инструментам. Десять из них были открыты 25 января 1986 г. при пролете

КА «Вояджер-2».

При очень точных фотоэлектрических наблюдениях покрытий Ураном звезды

SAO 158687 в 1977 г. обнаружена система из 5 колец (рис.64), подобных кольцам

Сатурна, но очень узких (от 600 м до 100 км), а в 1978 г. открыты еще 4 кольца.

Они расположены близко к плоскости экватора планеты, но не точно в ней, явля-

ются эллиптическими и разделены большими промежутками, в которых, вероятно,

находится разреженное пылевое вещество. Общая ширина колец Урана 170 км.

Строение Урана сходно со строением всех больших планет типа Юпитера.

Однако водорода в Уране меньше, чем в Юпитере, вследствие чего средняя плотность

его больше (26% плотности Земли, или 1,35 г/см

В спектре Урана обнаружены полосы поглощения метана. Температура облачной

поверхности Урана 60 К. Внутренние источники тепла у планеты слабы.

1.6.8. Нептун

Нептун виден как звезда 8-й величины. Угловой диаметр его видимого диска все-

го 2", что соответствует линейному диаметру 49 530 км. Его сплюснутость 1 : 58.

Период вращения Нептуна вокруг оси равен 16

. Небольшая средняя плот-

ность (30% плотности Земли) делает его похожим на другие планеты-гиганты нашей

системы. Атмосфера планеты также содержит водород, метан, аммиак. Температура

на поверхности около 60 К, что немного выше той температуры, которую можно

114 Глава 1. Общие сведения

объяснить прогревом планеты Солнцем, т.е. внутри планеты есть источник энергии.

Блеск Нептуна испытывает небольшие колебания с периодом около половины пе-

риода вращения, т.е. 7

. Вероятно, на поверхности Нептуна имеются две более

светлые области, расположенные в противоположных полушариях планеты. Извест-

ный больше ста лет спутник Нептуна Тритон (его диаметр 2710 км) имеет обратное

движение. MAC «Вояджер-2» в августе 1989 г. передала на Землю очень подроб-

ные изображения Нептуна. Обнаружено большое темное пятно (сходное с красным

пятном Юпитера — рис. 65 вверху). Вокруг него — скопление клочковатых белых

Рис. 65. Вид Нептуна за два дня до сближения с ним «Вояджера-2». Верхний снимок: Темное

пятно (левее центра) имеет период обращения 18,3 ч. На снимке видны также Темное Пятно-2

(внизу) и «скутер» между ними. Нижний снимок: призрачные кольца Нептуна с тремя арками

в лучах Солнца (изображение Нептуна переэкспонировано)

§ 1.6. Планеты

Сатурн

• Янус

% Мамае

• Знцелад

% Фетида

• Диана

Л Рея

Титан

• Гиперион

ф Ялет

• Феда

Уран

Миранда

Лризль

Умдризм

I Титания

облачков, подобных земным перистым

облакам. Они с большой скоростью

перемещаются с одних широт в другие.

Скорость ветра в атмосфере достигает

1120 км/ч.

На рис. 66 даны размеры круп-

ных спутников планет Земли, Марса,

Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

Поверхность Тритона очень яр-

кая. Температура близка к 38 К. От-

крытые межгорные равнины покрыты

дымкой, жидким или твердым веще-

ством. Подтверждается наличие у Три-

тона атмосферы, состоящей в основ-

ном из азота. Кроме кратеров яв-

но ударного происхождения и цепо-

чек кратеров, заметны разломы, лаво-

вые озера, полосы темных отложений.

Период обращения Тритона совпада-

ет с орбитальным периодом, около

5,9 земных суток. В 1949 г. был от-

крыт второй, весьма слабый спутник

Нептуна — Нереида. Его диаметр, ве-

роятно, около 340 км. При пролете

КА «Вояджер-2» были открыты еще

шесть спутников, а также четыре коль-

ца (рис. 65 внизу).

1.6.9. -Плутон

Самая далекая из открытых планет

Солнечной системы — Плутон — была

обнаружена 13 марта 1930 г. К. Томбо

в США на фотографии как звезда 15

Нелегко было опознать ее среди мил-

лионов звезд на небе! Плутон находит-

ся на среднем расстоянии около 40 а. е.

Его орбита обладает большим эксцен-

триситетом (0,25) и большим накло-

ном к плоскости эклиптики (17°). Период обращения около 248,4 года. В 1989 г.

Плутон прошел перигелий своей орбиты; с 1979 г. по 1998 г. он был ближе к Солнцу,

чем Нептун. Период вращения Плутона равен 6,39 суток. Ничего определенного

о характере поверхности Плутона сказать нельзя, так как его угловые размеры около

0,23" (Койпер). Известно, что планета меняет свой блеск на 0,1

с периодом,

равным периоду вращения. Кроме того, с 30-х гг. блеск V Плутона уменьшает-

ся на ~0,01

/год, а цвет становится более красным. По последним измерениям

диаметр Плутона 2400 км, т.е. около 0,2 земного, масса его ~ 1/500 земной. Следо-

вательно, его средняя плотность 1,7 г/см

. Температура поверхности Плутона 32 К.

При такой низкой температуре большинство газов должно перейти в жидкое или

твердое состояние. Замечено наличие в атмосфере метана.

Нептун

Тритон

Мереида

Рис. 66. Размеры крупных спутников планет

по сравнению с самими планетами, кривизна

которых показана небольшой дугой вверху ка-

ждой части рисунка. Масштаб для размеров

спутников — 5000 км в 10 мм

116

Глава 1. Общие сведения

В проекции на плоскость эклиптики орбита Плутона пересекается с орбитой

Нептуна, что может внушить мысль о возможном столкновении этих планет. Этого,

конечно, быть не может: в силу большого наклона орбиты Плутон отходит далеко

от плоскости эклиптики в тех местах, где в проекции орбиты пересекаются (рис.67).

Рис. 67. Орбита Плутона по отношению к орбитам больших планет:

а — общее расположение орбиты, б — наклон орбиты Плутона

к орбите Нептуна. Указаны расстояния Нептуна и Плутона от Солнца

В 1978 г. Дж. Кристи и Р. Харрингтон (США) открыли спутник Плутона,

названный Хароном. Угловое его расстояние от Плутона в среднюю оппозицию

всего 0,84" ± 0,04". В линейной мере полуось орбиты спутника 19,4 тыс. км.

Диаметр Харона 1200 км, т.е. Плутон как бы двойная планета. Период вращения

Харона (6,39

) совпадает с периодом его обращения вокруг Плутона, следовательно,

спутник всегда повернут к планете одной своей стороной (как Луна к Земле). Харон

обращается вокруг Плутона в плоскости экватора планеты, которая наклонена к его

орбитальной плоскости на 57,5° (к эклиптике — на 64°). При этом Плутон и его

спутник имеют обратное вращение.

Если принять за границу Солнечной системы расстояние, на котором сила

притяжения Солнцем становится сравнимой с притяжением ближайших звезд, т.е.

на расстоянии ~200 000 а. е., то можно думать, что за Плутоном есть место не только

для сверхдолгопериодических комет, но и для некоторых еще не открытых планет.

Т.М.Энеев, исходя из предложенной им и М.Н.Козловым модели аккумуляции

вещества планетной системы, предположил, что Плутон — один из астероидов

неизвестного пояса, расположенного в среднем на расстоянии 52 а. е. от Солнца.

Может быть и Харон — представитель этого же пояса астероидов?

§ 1.7. Кометы

117

На существование подобного пояса малых тел на расстоянии 35-50 а. е. от Солн-

ца указывает и распределение орбит комет, о чем писали английский астроном

К. Эджворс (1949 г.) и американский Дж. Койпер (1951 г.).

В конце 1992 г. Дейвид Джюит и Джейн Луу (Гавайский ун-т) впервые обнару-

жили за орбитой Нептуна объект диаметром около 280 км; он получил обозначение

1992 QB1. А к маю 2001 г. было открыто уже около 370 транснептунных объек-

тов (см. подробнее на сайте http://www.ifa.hawaii.edu/faculty/jewitt/kb.html). Все они

обращаются вокруг Солнца в прямом направлении. Среди них выделяется группа

из нескольких десятков плутино — объектов, большие полуоси орбит которых близ-

ки к 39,4 а. е. (как у Плутона); это означает, что их орбитальные периоды, как

и период Плутона (248 лет), соотносятся с орбитальным периодом Нептуна (165 лет)

как 3 : 2. Возможно, именно эта резонансная связь с планетой-гигантом служит

стабилизирующим фактором для движения плутино. Некоторые плутино пересекают

орбиту Нептуна, но никогда не сближаются с ним, как и сам Плутон.

Большинство новооткрытых планеток отнесли к классическим объектам пояса

Койпера (или пояса Эджворса— Коипера)\ их почти круговые орбиты лежат в области

40-50 а. е. от Солнца, а плоскости орбит наклонены к эклиптике менее чем

на 40°. Несколько объектов не вписались в указанную классификацию. Некоторые

из них движутся в резонансе с Нептуном при отношении периодов 4:3, 5:3

или 5 : 4; другие не попадают ни в один из классов, а объект 1996 TL66 вообще

стал родоначальником особого класса транснептуновых тел, поскольку имеет весьма

вытянутую (е = 0,58) орбиту с большой полуосью 84 а. е. и удаляется от Солнца

в афелии втрое дальше Плутона.

Объекты за Нептуном пока трудно отнести к какому-либо типу малых тел

Солнечной системы — к астероидам или ядрам комет. Новооткрытые тела имеют

диаметр 100-800 км и очень темную красноватую поверхность, что указывает

на ее древний состав и возможное присутствие органических соединений. Судя

по оценкам, это скопление малых тел в сотни раз массивнее Главного пояса

астероидов, расположенного между орбитами Юпитера и Марса, но уступает по массе

гигантскому кометному облаку Оорта, простирающемуся на тысячи астрономических

единиц от Солнца. Возможно, пояс Койпера представляет остаток протопланетной

туманности, из которой сформировалась Солнечная система.

Некоторые планетологи считают, что Плутон было бы правильнее называть

не «самой маленькой планетой», а «крупнейшим членом пояса Койпера». Действи-

тельно, Плутон и Харон пока лидируют в поясе Койпера по размеру и массе, а также

представляют уникальный пример «двойной планеты».

§1.7. Кометы

«Хвостатые» или «волосатые» светила — кометы — с древних времен привлекали

к себе внимание быстрым перемещением среди звезд по небу и изменениями своего

внешнего вида. Из маленького размытого туманного облачка, которое становится

ярче при приближении к Солнцу, постепенно развивается хвост; у иных комет он

простирается на десятки градусов. Движения комет происходят как в прямом, так

и в обратном направлении. У периодических комет прямое движение преоблада-

ет, короткопериодические кометы движутся только в прямом направлении. У 35

из 40 комет, наблюдавшихся повторно, наклоны были меньше 45°.

Кометы — самые удивительные небесные светила среди членов Солнечной си-

стемы. Некоторые из них бывают больше всех планет, а иные превосходят по размеру

даже Солнце. Орбиты большинства комет обладают большими эксцентриситетами

118 Глава 1. Общие сведения

и самыми различными наклонами к плоскости земной орбиты. Многие кометы

в перигелии проходят очень близко к Солнцу, а в афелии удаляются на миллиарды

километров, но не известно ни одной кометы, которая имела бы гиперболическую

относительно Солнца орбиту, т.е. все они принадлежат Солнечной системе.

Ядро кометы — тело небольших размеров (от сотен метров до десятков киломе-

тров), составленное из замороженных различных газов (или легкоплавких веществ,

находящихся в газообразном состоянии при нормальном давлении и комнатной

температуре), в которые вкраплены тугоплавкие каменистые частицы и пылинки

разных размеров.

При приближении кометы к Солнцу под действием его лучей «льды» начинают

испаряться и образуется туманная газообразная оболочка кометы, или кома. Вместе

с ядром она образует голову кометы размером

—

км. Иногда кома представля-

ется в виде резко очерченного гало параболической формы с вершиной, обращенной

к Солнцу. У некоторых комет наблюдалось несколько как бы вложенных друг в друга

гало. Они состоят из атомов и молекул газообразных ОН (гидроксил), NH, СН, CN,

СН

, NH

, С

и др. Эти молекулы легко распадаются под действием солнечного

света. Световым давлением в хвост отталкиваются молекулы N

, СО, С0

и др.

Так как молекулы комы неустойчивы, то ядро должно состоять из более устойчивых

молекул Н

0 (водяной пар), NH3 (аммиак), СН

(метан), С0

(углекислый газ)

и т.д. Эти «родительские» молекулы образуют льдистые твердые вещества, в которые

вкраплены ядра из метеорного вещества (включающего железо, кальций, магний,

марганец, кремний, никель, алюминий, натрий и т.д.). Если частица имеет ради-

ус 10~

см, сила притяжения Солнцем и сила светового отталкивания будут равны;

меньшие частицы и отдельные молекулы будут отталкиваться от Солнца. Кроме того,

большое давление оказывает «солнечный ветер» и связанное с ним магнитное поле.

Таким образом, при приближении кометы к Солнцу в результате одновре-

менного действия тяготения, лучевого давления и «солнечного ветра» происходит

образование хвоста (рис. 68). Он всегда лежит в плоскости орбиты самой кометы

и у большинства направлен от ядра в сторону, противоположную Солнцу; так что,

удаляясь от Солнца, комета как бы пятится — идет хвостом вперед.

Кометные хвосты простираются иногда на десятки и сотни миллионов кило-

метров. Вместе с тем по сравнению с планетами кометы обладают весьма малыми

массами, а следовательно, ничтожными плотностями. Для пяти комет оценки их

масс заключались в пределах от 5

•

до 6

•

10" кг, а масса ядра кометы Галлея при

его исследовании в 1986 г. с помощью космических зондов оказалась равной 6-Ю

кг

при его размере 14x8x7 км. Массы ядер комет, вероятно, заключены в пределах

от 10" до 10

кг. Недаром их шутливо называют «видимое ничто». Представле-

ние о средней плотности вещества такой кометы могла бы дать 1/1 000 000 часть

пшеничного зерна, растертая в порошок и развеянная в объеме зрительного зала

Большого театра в Москве!

Вещество кометных хвостов настолько разрежено, что сквозь них видны звезды

без всякого ослабления блеска. При удалении кометы от Солнца действие солнечного

излучения слабеет, хвост уменьшается и постепенно исчезает.

Вещество кометных хвостов, в особенности у короткопериодических комет,

непрерывно рассеивается в пространстве; оно пополняется за счет газов и пыли,

выделяющихся из ядра. Хвосты комет бывают разных типов:

I. Прямые хвосты, всегда лежащие вдоль линии, соединяющей Солнце и ядро

кометы (вдоль радиуса-вектора кометы), — это хвосты первого типа по класси-

фикации Ф. А. Бредихина — С. В. Орлова. Они состоят из однажды ионизованных

§ 1.7. Кометы

119

Рис. 68. Развитие кометного хвоста

азота (Nj) И ОКИСИ углерода (СО

), слабое свечение дают ионизованные молеку-

лы СО^ и СН

. Хвост первого типа имели, например, комета Галлея и комета

Веста (рис.69).

II. Прямые хвосты, отклоняющиеся от радиуса-вектора кометы в сторону,

обратную движению кометы, а также сильно изогнутые хвосты, относятся ко второму

типу. Они состоят из нейтральных молекул тех же соединений, которые наблюдаются

в хвостах I типа, и из мельчайших пылинок (пылевые хвосты) со средними размерами

около Ю

-5

см и массами порядка Ю

-13

г. Хвост II типа имели яркая комета Донати

и комета Мркоса.

III. Хвосты третьего типа — короткие и сильно отогнутые от ради уса-вектора

кометы — состоят из пылинок различных размеров (больше Ю

-5

см), отражающих

солнечный свет.

Очевидно, что не все молекулы, составляющие комету, нам известны; для

многих излучение лежит в пока недоступной области спектра. Изучение комет

с ИСЗ, посылка специальной ракеты «внутрь» кометы значительно обогатили наши

знания природы комет.

В образовании кометных хвостов основным является увлечение мельчайших

частиц и ионизованных молекул солнечным ветром. Некоторое значение имеет

также отталкивательное действие солнечных лучей — световое давление, открытое

в 1900 г. знаменитым русским физиком П. Н.Лебедевым. Действие этих сил особенно

заметно проявляется на мельчайших пылевых частицах и на газах, выделяемых

кометой при приближении к Солнцу. На расстоянии 1 а. е. от Солнца световое

давление солнечных лучей составляет 4,6

•

-6

Н/м

. В хвостах комет наблюдались

120 Глава 1. Общие сведения

Рис. 69. Комета Веста, 1976 г.

ускорения, соответствующие силам, в 100-1000 раз большим силы солнечного

притяжения. Иногда в ядре кометы происходит нечто вроде взрывов, тогда из ее

головы вылетает облачко, которое быстро движется вдоль хвоста кометы. В итоге

комета может потерять до

% своей массы при каждом прохождении около Солнца.

Наблюдения за облачными образованиями в хвостах комет и определение скорости

их движения и иногда значительных ускорений очень существенны для изучения

природы комет.

Исследования спектров комет и анализ всех данных наблюдений о формах голов

и хвостов комет приводят к следующему заключению о составе различных частей

кометы: ядро размером от 0,5 до 20 км помимо каменистых и железистых веществ

содержит «льды» различных газов; голова — циан (CN), углерод (С

), а также NH

, ОН, СН, NO, Nal, 01, СН

, ОН

и NH в газообразном состоянии (в коме);

хвосты — газовые (СО

, N

, С0

, CN и ОН

) и пылевые, состоящие из частичек