Юпитер, Cатурн, Уран и Нептун

У Сатурна скорость вращения на экваторе 9,5 км/сек, а запасы внутренней энергии в атмосфере, вероятно, слабее, чем у Юпитера, поэтому полосатая структура на Сатурне не столь заметна. Если бы Сатурн получал тепло только от Солнца, его равновесная температура была бы 77°К. В действительности же температура наружного облачного слоя Сатурна 97°К, что соответствует выходу тепла, в 2,5 раза большему,

чем тепло, получаемое планетой от Солнца. Значит, Сатурн подобно Юпитеру имеет внутренние источники энергии, скорее всего той же природы (гравитационное сжатие).

На радиочастотах яркостная температура Сатурна хотя и растет с длиной волны, но гораздо медленнее, чем у Юпитера, достигая на волне 20 см значения 300°К (у Юпитера на этой волне температура в 10 раз выше). Поэтому нет оснований считать радиоизлучение Сатурна на сантиметровых волнах нетепловым: скорее всего, более длинные волны приходят к нам из более глубоких слоев, где температура выше.

Отсутствие нетеплового радиоизлучения не позволяет пока решить вопрос о существовании у Сатурна магнитного поля. С подлетом к планете «Пионера-11» в сентябре 1979 г. вопрос будет решен. Но уже теперь ясно, что если магнитное поле Сатурна и существует, то оно гораздо слабее, чем у Юпитера. Есть предположение, что образованию устойчивого магнитного поля Сатурна препятствуют его кольца.

Кольца Сатурна, открытые еще в 1655 г. X. Гюйгенсом, состоят из роя мелких твердых частиц, обращающихся вокруг планеты в плоскости ее экватора по законам Кеплера. Теоретически такое строение колец Сатурна было обосновано работами Э. Роша (1850 г.) и Дж. К. Максвелла (1859 г.), а экспериментально — спектроскопическими наблюдениями А. А. Белопольского, Ж. Деландра и Дж. Килера (1895 г.). В дальнейшем большой вклад в исследование структуры и фотометрических свойств колец Сатурна внес М. С. Бобров. В настоящее время строение колец Сатурна представляется следующим. Имеются три основных кольца: внешнее (А), среднее (В) и внутреннее (С), причем последнее значительно темнее двух других и часто называется «креповым». Наиболее ярким является кольцо В. Кольца А и В разделены так называемым делением Кассини. Размеры колец таковы:

В 1969 г. французский астроном П. Герен на обсерватории Пик-дю-Миди открыл еще одно внутреннее кольцо (D), очень слабое, отделенное от кольца С темным промежутком. Толщина колец Сатурна невелика: по наблюдениям во время прохождения Земли через плоскость колец (когда они становятся к нам ребром) советский ученый Р. И. Киладзе, французские О. Дольфюс и Ж. Фокас, а затем советский астроном М. С. Бобров оценили ее в 2—3 км.

Типичные размеры частиц кольца по данным радиолокации не меньше 1 см и не более 10 м. Такие же пределы получены из анализа фотометрических свойств колец. В то же время некоторые исследователи (например, Ф. Франклин и А. Кук в США) полагают, что в кольцах могут быть и очень малые частицы (в доли миллиметра). Скорее всего, так оно и есть, ибо взаимные столкновения крупных частиц неизбежно будут приводить к их дроблению и образованию мелких частиц. Но доля последних в общей массе кольца незначительна. Оценки массы колец пока весьма ненадежны. Наиболее вероятна оценка: 10-5 массы Сатурна, или 6*1024 г.

Спектральные свойства колец Сатурна указывают на то, что их частицы либо ледяные, либо (что более вероятно) покрыты снаружи слоем льда или инея. К такому выводу пришли американский астроном Дж. Койпер и независимо советский астроном В. И. Мороз.

До недавнего времени кольца Сатурна считались единственным образованием такого типа в Солнечной системе. Но вот наблюдение покрытия звезды 9,5 звездной величины SAO 158687 Ураном 10 марта 1977 г., проведенное американскими учеными с самолетной обсерватории имени Койпера (где на борту высотного самолета установлен 91-сантиметровый телескоп), показало, что Уран тоже окружен системой колец. До закрытия Ураном звезда испытала пять кратковременных (от 1 до 7 сек) ослаблений блеска. То же самое произошло после выхода звезды из-за диска Урана. Обработка фотоэлектрических наблюдений показала, что четыре кольца шириной около 10 км каждое расположены на расстояниях от 44 до 48 тыс, км от центра планеты (18—22 тыс. км от ее поверхности). Пятое кольцо, шириной 50—100 км, находится на расстоянии 51 000 км от центра и 25 000 км от поверхности Урана.

В 1960 г. советский астроном С. К. Всехсвятский предсказал, что и Юпитер должен быть окружен кольцом. Некоторые признаки этого кольца он усматривал в наличии на диске планеты тонкой экваториальной полоски. Каково же было удивление ученого мира, когда пролетевший вблизи Юпитера в марте 1979 г. американский космический аппарат «Вояджер-1» подтвердил предположение советского ученого: Юпитер действительно имеет тонкое кольцо.

Уран и Нептун отличаются от Юпитера и Сатурна не только меньшими размерами и массой. У них больше средняя плотность, что отражает иной средний состав этих планет. По-видимому, в их недрах водород и гелий составляют не более 20% массы, остальная часть приходится на долю тяжелых элементов. Но в атмосферах этих планет водород и гелий по-прежнему — главные компоненты.

Температуры этих планет крайне низки. Равновесная температура Урана составляет около 50°К, Нептуна 40°К. Фактически измеренные температуры в инфракрасном диапазоне 55°К и 57°К соответственно. Некоторое превышение измеренной температуры Нептуна над равновесной требует подтверждения.

В миллиметровом и сантиметровом диапазоне температуры обеих планет растут с длиной волны, как видно из следующей таблички:

Явный, хотя и не быстрый рост температуры с длиной волны говорит в пользу тепловой природы радиоизлучения Урана и Нептуна и объясняется, как в случае Сатурна, ростом температуры с глубиной. В 1976 г. советские астрономы К. Ю. Ибрагимов и Л. П. Сорокина (Астрофизический институт АН Казахской ССР) показали, что в атмосферах Урана и Нептуна могут образовываться облака из капелек жидкого метана размером в несколько микрон. Наиболее плотный слой этих облаков лежит на 5—6 км ниже наблюдаемой нами их верхней границы.

 Скачать реферат