9 больших планет Солнечной системы подразделяются на планеты земной группы (Меркурий,
Венера, Земля, Марс)и планеты-гиганты, или планеты группы Юпитера
(Юпитер,
Сатурн, Уран, Нептун), планета Плутон по своим размерам и свойствам
значительно ближе к спутникам планет-гигантов.
Осн. характеристики планет, включая параметры
орбитального и вращат. движений, приведены в табл. 1. Гл. различие между
двумя группами планет состоит в их размерах, массе и, следовательно, ср.
плотности, что обусловлено разными соотношениями слагающих планеты трёх
осн. компонент: газов (в первую очередь самых летучих - водорода и гелия,
обладающих к тому же очень низкими температурами конденсации), льдов (в основном
воды, аммиака, метана) и горных ("скальных") пород (железа, силикатов,
оксидов магния, алюминия, кальция и др. металлов). Их часто называют соответственно
лёгкой, ледяной и тяжёлой компонентами.
В то время как планеты земной группы представляют
собой твёрдые тела, практически целиком образованные тяжёлой компонентой,
планеты-гиганты являются газожидкими (содержание тяжёлой компоненты, сосредоточенной
в их ядрах, не превышает по массе неск. процентов). Юпитер в основном содержит
водород и гелий (отношение Не/Н близко к солнечному, т. е. 0,2 по массе),
а у Сатурна и особенно у Урана и Нептуна сильно возрастает вклад ледяной
компоненты, достигающей, вероятно, у последних 85 - 90%. Твёрдой поверхности
ни одна из планет группы Юпитера не имеет.
Табл. 1. - Основные характеристики планет
Планета
Ср. гелиоцентрич.
расстояние (большая полуось орбиты), а. е.
Наклонение
плоскости орбиты к эклиптике, град
Сидерический
(орбитальный) период обращения (в земных годах)
* Значение, соответствующее уровню с давлением
в атмосфере 1 бар.
Как следует из табл. 1, существенно различаются
также характеристики поступательно-вращат. движений планет. Эти движения
являются возмущёнными; возмущения, возникающие вследствие взаимного притяжения
планет, приводят к отклонениям их орбит от кеплерова эллипса (см. Кеплера
законы). Свойства орбит определяются на основе аналитич. и численных
решений ур-ний движения и теорем классич. небесной механики; дополнит.
возмущение орбиты вследствие релятивистских эффектов заметно обнаруживается
лишь в смещении перигелия Меркурия (см. Тяготение).
Тепловой режим планеты характеризуется
ср. эффективной, или равновесной, температурой Те. Она определяется
из условия баланса энергии, поступающей от Солнца и излучаемой планетой
в окружающее пространство. Для этих целей используется указанное в табл.
1 наряду с Те значение интегрального сферич. альбедо (альбедо
Бонда) А. На расстоянии а (в астр. единицах) планеты
от Солнца
т. е.
Здесь Ес = 1,37 х 106
эрг х см-2с-1 - солнечная постоянная; R - радиус
планеты;
= 5,67 х 10-6 эрг х см-2 х К-4-с-1
- Стефана - Больцмана постоянная; Те - в Кельвинах.
Яркостная температура близка к
равновесной. Исключение составляют Юпитер, Сатурн, Нептун, для к-рых яркостная
тема-pa заметно выше равновесной. Это обусловлено наличием в их недрах
внутр. источника тепла. Природу источника связывают с выделением гравитац.
энергии - либо за счёт продолжающегося сжатия (Юпитер), либо за счёт выпадения
гелия из водородно-гелиевого раствора (Сатурн). Соответственно,
значения Те для планет-гигантов, приведённые в табл.
1, выше равновесных температур, определяемых соотношением (1).
Наличие даже сравнительно небольшой эллиптичности
орбиты вызывает заметные сезонные изменения на планетах за счёт большего
притока энергии от Солнца (инсоляции) в перигелии. Для Марса превышение
составляет ок. 45%, а для Меркурия достигает 200%. Однако осн. роль в сезонных
изменениях и их длительности играет наклон оси вращения (особенно в случае
сопоставимости периода вращения с периодом обращения вокруг Солнца). Период
вращения Марса вокруг оси почти равен земному, а у Венеры и Меркурия вращение
аномально медленное, причём у Венеры направление вращения обратное. Солнечные
сутки на Венере и Меркурии составляют соответственно 116,75 и 175,97 земных
суток. Помимо Венеры обратным вращением обладает также Уран, ось вращения
к-рого лежит почти в плоскости его орбиты.
Среди планет земной группы атмосферы имеют
лишь Земля, Венера и Марс. Меркурий, как и Луна, практически лишён газовой
оболочки. Давление атмосферы у поверхности Венеры примерно на два порядка
больше, а у поверхности Марса примерно на два порядка меньше, чем у поверхности
Земли. Средняя темп-pa поверхности Марса составляет ок. - 60° С. Темп-pa
у поверхности Венеры приблизительно 5000С (наличие плотной атмосферы
приводит к значит, парниковому эффекту, а интенсивная циркуляция
атмосферы выравнивает температуру поверхности).
В атмосфере Земли преобладают азот и кислород,
в атмосферах Венеры и Марса - углекислый газ, относительное объёмное содержание
к-рого на обеих планетах св. 95%, а атмосферы планет-гигантов в основном
водородно-гелиевые.
Осн. сведения о хим. составе, температуре,
давлении и плотности атмосфер планет, практически целиком основанные на
результатах космич. экспериментов, приведены в табл. 2.
Из-за малости эксцентриситета и отклонения
оси вращения от нормали к плоскости орбиты на Венере смены сезонов практически
не происходит. В то же время для Марса оба эффекта играют существ. роль,
приводя помимо ярко выраженного сезонного хода температуры к разл. длительности
сезонов в северном и южном полушариях. К тому же наклонение оси вращения
Марса, возможно, испытывает долгопериодич. вариации, что должно приводить
к глубоким климатич. изменениям. На Уране сезонный ход, казалось бы, должен
быть наиб. сильно выражен; однако при малой инсоляции и своеобразии атм.
динамики он, по-видимому, существенно нивелирован.
Табл. 2. Некоторые физико-химические
характеристики планет
Планета
Меркурий
Венера
Земля
Марс
Юпитер
Сатурн
Уран
Нептун
Плутон
Химический состав
(объёмное содержание" %)
-
СО2 95
N2 3 - 5
Аr 0,01
Н2О 0,01-0,1
СО 3 х10-3
НС1 4 х10-5
HF 10-6
О2 2 х10-4
SO2 10-5
H2S 8 х 10-3
Кr 4х10-5
Хе10-6 - 10-5
N2
78
02 21
Аr 0,93
Н2О 0,1 - 1
СО2 0,03
CO 10-5
сн4 10-4
Н2 5 х 10-5
Ne 2 х10-3
Не 10-4
Кr 10-4
Хе 10-6
СО2
95
О2 2 - 3
Аr 1 - 2
Н2О 10-3 - 10-1
СО 4 х10-3
О2 0,1 - 0,4
Ne<10-3
Kr<2 х10-3
Хе<5х10-3
Н2
87
Не 12,8
Н2О 1 х10-4
СН4 7х10-2
NH3 2 х10-2
НС1 10-5
С2Н4 4 х10-2
С2Н2 8 х10-3
РН3 4 х10-5
СО 2 х10-7
CH3D 2 х10-3
Н2
94 - 87
Не 6
**СН4 2х10-1
**NH3 3х10-2
С2Н6 5х10-4
С2Н2 2 х10-6
РН3 1х10-4
CH3D 2х10-3
Н2
84 - 87
Не 12 - 15
СН40,3
С2Н2 9х10-2
NH3 ?
С2Н6 3х10-6
**Н2
85
**Не 12
СН4 1 - 4
С2Н6 3х10-4
С2Н2 (1-9) х 10-5
СН4
N2 ?
Средняя молекулярная
масса
-
43,2
28,97
43,5
2,26
2.12
2,3
2,2?
16 ?
Температура у
поверхности (в средних широтах):
Т макс, К Тмин, К
500
110
-
735
310
240
270
200
-
135
-
105
-
51
-
50
~32
-
Среднее давление
у поверхности Р, атм
2х- 10-14
90
1
6 х 10-3
0,5*
0,5*
0,1*
0,1*
-
Средняя плотность
у поверхности, г/см*
10-17
61х10-3
1х27х10-3
1,2х10-3
3х 10-4*
1,2х10-4*
5,5х10-5*
~5,5х10-5*
_
* На условном уровне в атмосфере планет,
к к-рому отнесены соответствующие значения температуры. **Предварительные данные.
Табл. 3. - Основные характеристики спутников
планет
Планета и число
спутников (на 1990 г.)
Спутники
Средний радиус,
км*
Масса (в массах
планеты)
Плотность, г/см3
Альбедо
Радиус орбиты
Период обращения
(земные сутки)
Экс-цен-триси-тет
орбиты
Наклонение к экватору
планеты, град
Дата открытия
Перпооткрыватель
в радиусах планеты
в 103
км
Земля (1)
Луна
1738
1 ,23х 10-2
3,33
0,07
60,27
384,4
27,322
0,055
5,09
-
-
Марс (2)
Фобис Деймос
13,5 7,5
1,82х10-8
2,14х10-9
2,1
2,1
0,06 0,07
2,76 6,92
9,4 23,5
0,319 1,262
0,015 0,001
1 ,02 1 ,82
1877 1877
А. Холл А. Холл
Юпитер (16)
XVI Мe-тида
20
~3х 10-11
-
<0,10
1,81
129
0,300
~0,0
~0,0
1979
Д. Джуитт, Дж.
Дани-элсон ("Вояджер-2")
X V Адрас-тея
10
~10-11
-
<0,10
1,80
128
0,295
0,0
~0,0
1979/80
С. Синнотт ("Вояджер-2")
V Амаль-тея
100
~5 x 10-9
-
0,05
2,55
181
0,489
0,003
0,4
1892
Э. Барнард
XIV Теба (Фива)
45
~3 x 10-10
<0,10
3,11
221
0,675
~ 0,00
~0,0
1979/80
С. Снннотт ("Вояджер-2")
I Ио
1815
4,70x 10-5
3,53
0,62
5,95
421
1 ,769
0,004
0,0
1610
Г. Галилей
II Европа
1569
2,57x 10-5
3,03
0,68
9.47
670
3,551
0,000
0 , 5
1610
Г. Галилей
III Гани-
мед
2631
7,84х10-5
1,93
0,44
15,1
1070
7,155
0,001
0,2
1610
Г. Галилей
IV Кал-листо
2400
5,60 х 10-5
1 ,83
0, 19
26,6
1880
16,689
0,010
0,2
1610
Г. Галилей
XIII Леда
~7
~10-12
-
-
156
11110
240
0,146
26,7
1974
Ч. Коваль (Коуэл)
VI Гпма-лия
~90
~3x10-9
-
0,03
161
11470
250,6
0, 158
27,6
1904/05
Ч. Перрайн
X Лиситея
~20
~3x 10-11
-
-
1G4
11710
260
0,130
29,0
1938
С. Николсон
VII Элара
~40
~3x 10-10
-
0.03
165
11740
260, 1
0,207
24,8
1904/05
Ч. Перрайн
XII Анан-ке
~15
~4 x 10-12
-
291
20700
- 617* *
0,17
147
1951
С. Николсон
XI Карме
~20
~10-11
-
-
314
22350
-692**
0,21
164
1938
С. Николсон
VIII Па-
сифе
~20
~з x 10-11
-
-
327
23300
-735**
0,38
145
1908
П. Меллот
IX Синопе
~20
~10-11
-
-
333
23700
-758**
0,28
153
1914
С. Николсон
Сатурн (18)(2)
X V Атлант
~20
-
-
0,4
228
137,7
0,602
0,002
0,3
1980
Террайл ("Вояджер-2")
XVI Прометей
40
-
-
0,6
2,31
139,4
0,613
0,004
0,0
1980
Коллинз и др.
("Вояджер-2")
XVII Пандора
50
-
-
0,6
2,35
141,7
0,629
0,004
1,1
1980
Коллинз и др,
("Вояджер-2")
X Янус
95
-
-
0,4
2,51
151,4
0,695
0,009
0,3
1966/80
О. Дольфюс ("Вояджер-2")
XI Эпиме-тей
60
-
-
0,4
2,52
151, 5
0,695
0,007
0,1
1966/80
Фонтейн, Ларсон/Уо-кер
("Вояджер-2")
I Мимас
197
6,50 х 10-8
1,4
0,7
3,08
185,5
0,942
0,020
1 ,5
1789
У. Гершель
II Энцелад
251
1,48 х 10-7
1,2
1,0
3,95
238,0
1,370
0,004
0,0
1789
У. Гершель
III Тефия
524
1,09 х 10-6
1,2
0,8
4,88
294,7
1 ,888
0,000
1 , 1
1684
Дж. Кассини
XIII Те-
лесто
~13
-
-
0,6
4,88
294,7
1,888
1980
Рейтсема, Смит,
Лар-сон, Фонтейн ("Вояджер-2")
XIV Калипсо
~13
-
-
0,8
1980
Д. Паску, П. Сейделмен,
Баум, Кюрье ("Вояджер-2")
IV Диона
560
2,04 х 10-6
1,4
0,5
6,26
377,4
2,737
0,002
0,0
1684
Дж. Кассини
XII Елена
15
-
-
-
6,27
378,1
2,739
0,005
0,2
1980
Ж. Лекашё, Лак
V Рея
765
-
1 ,3
0,6
8,74
527,1
4,518
0,001
0,4
1672
Дж. Кассини
VI Титан
2575
2,46 х 10-4
1 ,9
0,2
20,25
1221,9
15,95
0,029
0,3
1655
X. Гюйгенс
VII Гипе-рион
135
-
-
0,3
24,55
1481,0
21,28
0,104
0,4
1848
Дж. Бонд/У. Ласселл
VIII Япет
718
-
1,2
0,50/ 0,05***
59,02
3560,8
79,33
0,028
14,7
1671
Дж. Кассини
IX Феба
110
-
-
0,06
214,7
12954,0
-550, 4**
0,163
150
1898
У. Пикеринг
Уран (15)
(1986 U7)Корделия
~20
-
-
-
1,92
49,8
-
-
-
1986
"Вояджер-2"
(1986 U8)
Офелия
~25
-
-
-
2,07
53,8
-
-
-
1986
- >> -
(1986 U9)
Бианка
~25
-
-
-
2, 30
59,2
-
-
-
1986
- >> -
(1986 U3)
Кресс и да
~30
-
-
-
2,40
61,8
-
-
-
1986
- " -
(1986 U6)
Дездемона
~30
-
-
-
2,44
62,7
-
-
-
1986
- >> -
(1986 U2)Джульетта
~40
-
-
-
2,51
64,4
-
-
-
1980
_"-
(1986 U1)
Порция
~40
-
-
-
2,57
66,1
-
-
-
1986
- >> -
(1986 U4)
Розалинда
~зо
-
-
-
2,72
69,9
1986
- " -
Продолжение
Планета и число
спутников (на 1990 г.)
Спутники
Средний радиус,
км*
Масеа (в массах
планеты)
Плотность, г/см3
Альбедо
Радиус орбиты
Период обращения
(земные сутки)
Эксцен триситет
орбиты
Наклонение к экватору
планеты, град
Дата открытия
Первооткрыватель
в радиусах планеты
в 103
км
(1986 U5)
Белинда
~30
-
-
-
2 ,92
75,3
-
-
-
1986
- " -
(1985 U1)
VI Пэк
85
-
-
-
3,35
86,0
-
-
-
1985
- " -
V Миранда
243
1,0x 10-7
3
-
5,04
129,4
1,460
0 ,010
0,0
1948
Дж. Койпер
I Ариэль
580
1,1x10-5
1,3
0,30
7,43
191,0
2,555
0,003
0,0
1851
У. Ласселл
II Умбриэль
595
1,1x10-6
1 ,4
0,19
10,35
266,3
4,015
0,004
0,0
1851
У. Ласселл
III Титания
805
3,2х 10-5
2,7
0,23
16,96
436,0
8,760
0,002
0,0
1787
У. Гершель
IV Оберон
775
3,4х 10-5
2,6
0,18
22,70
583,5
13,51
0,001
0,0
1878
У. Гершель
Нептун (8)(1)
I Тритон
1200
2,2х10-4
2,06
-
15,95
394,7
- 5,840**
0,000
2 , 79
1846
У. Ласселл
II Нереида
~120
5,0х10-8
2,0
-
250,99
6212
358,4
0,756
0,48
1949
Дж. Койпер
Плутон(1)
Харон
~560
6 ,4x10-2
~0,2
0,4
16
18,5
6,4
-
-
1978
Дж. Кристи
* Для спутников неправильной формы указана
половина максимального размера. ** Обратное движение. *** "Ведущая" полусфера
имеет альбедо на порядок выше ведомой. Помимо Тритона и Нереиды "Вояджером-2"
открыты ещё 6 спутников: Протей (420), Ларисса (200), Галатея (160), Деспина
(140), Таласса (90) и Наяда (50) (в скобках приведены размеры в км). 2
В 1990 открыт 18-й спутник Сатурна Пан.
Газовым оболочкам Юпитера, Сатурна, Урана
и Нептуна свойственно дифференциальное вращение (изменение периода вращения
с широтой), что может быть связано с динамич. процессами в атмосфере. На
Юпитере тропич. зона атмосферы вращается быстрее полярной на 5 мин 11 с,
т. е. различие составляет 1%, а на Сатурне достигает почти 5%. Для этих
планет наиб. близок к истинному значению период, соответствующий вращению
магн. поля. Он определяется по модуляции интенсивности и (или) направлению
поляризации собств. радиоизлучения планеты. По-видимому, этот период наилучшим
образом характеризует вращение нижележащих более вязких областей. Таким
способом найдены периоды вращения Юпитера (Т = = 09,925h),
Сатурна (Т = 10,657h), Урана (Т = 17,24h)
и Нептуна (Т = 16,02h).
В табл. 1 указана ещё одна важная характеристика
планет, содержащая определённую информацию об их внутр. строении и эволюции
и во многом определяющая свойства атмосферы и околопланетного пространства.
Это - значение напряжённости магн. поля на экваторе. Наиб. сильными магн.
полями обладают Юпитер, Земля, Сатурн, Уран, Нептун. Заметим, что хотя
у Нептуна, Сатурна и Урана оно слабее земного (при отнесении к соответствующим
радиусам поверхности), в недрах этих планет мощность генератора их магн.
поля должна быть примерно на два порядка выше. Существенное магн. поле
обнаружено у Меркурия и, по-видимому, у Марса, практически отсутствует
собств. ноле у Венеры. Что касается Плутона, то, по аналогии с ледяными
спутниками планет-гигантов, наличие у него магн. поля маловероятно.
У всех планет, кроме Венеры и Меркурия,
есть спутники. Осн. характеристики спутников приведены в табл. 3. Общее
число известных спутников составляет 61, включая сравнительно недавно открытые
3 спутника Юпитера, 7 спутников Сатурна, 10 спутников Урана, 6 спутников
Нептуна и спутник Плутона. Наиболее крупными спутниками обладают Земля,
Юпитер, Сатурн и Нептун. Это Луна, четыре гали-леевых спутника Юпитера
(Ио, Европа, Ганимед, Каллисто), спутник Сатурна Титан и спутник Нептуна
Тритон, которые по своим размерам сопоставимы с планетами земной группы.
Остальные спутники имеют размеры от неск. десятков до мн. сотен километров
и, в отличие от планет и более крупных спутников, - часто неправильную
(несферическую) форму. Это сближает их с астероидами.
Литература по планетам и спутникам
Жарков В. П., Внутреннее строение Земли и планет, 2 изд., М., 1983;
Маров М. Я., Планеты Солнечной системы, 2 изд., М., 1986;
Уипл Ф. Л., Семья Солнца, пер. с англ., М., 1984;
Satellites, ed. by J. Burns, M. Shapley Matthews, Tucson, 1986.
Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса? (Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды. Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
= 5,67 х 10-6 эрг х см-2 х К-4-с-1
- Стефана - Больцмана постоянная; Те - в Кельвинах.
-
