"Астрономия (базовый уровень)", Левитан Е.П.
Планеты-гиганты — четыре внешние планеты Солнечной системы: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Они намного массивнее и больше планет земной группы, но имеют меньшую среднюю плотность и не обладают привычной твёрдой поверхностью. Юпитер и Сатурн состоят главным образом из водорода и гелия, а Уран и Нептун — из веществ, которые называют льдами. У всех гигантов есть кольца, спутники и мощные магнитосферы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Планеты-гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Они гораздо крупнее планет земной группы и состоят преимущественно из лёгких или летучих веществ. Это понятие помогает объединить внешние планеты по общим размерам, строению и расположению.
Газовые гиганты — Юпитер и Сатурн. Их основное вещество — водород и гелий, потому что эти лёгкие газы составляли значительную часть вещества внешней области протопланетного диска и были удержаны мощным притяжением планет. Термин подчёркивает отличие их состава от состава Земли.
Кольца планеты — система частиц, обращающихся вокруг планеты в её экваториальной плоскости. Частицы могут быть ледяными или каменными, а сами кольца образуют множество узких и широких полос. Кольца обнаружены у всех четырёх гигантов, хотя особенно хорошо видны кольца Сатурна.
Магнитосфера планеты — область пространства, где движение заряженных частиц в основном определяется магнитным полем планеты. Она защищает часть околопланетного пространства от солнечного ветра и направляет частицы к полюсам. Размер магнитосферы зависит от силы поля и активности Солнца.
Гиганты расположены далеко от Солнца, за орбитой Марса и поясом астероидов. В этой холодной области вещества вроде воды, аммиака и метана могли конденсироваться в твёрдые частицы, из которых быстро выросли массивные зародыши планет. Их сильное притяжение позволило удержать водород и гелий, поэтому средняя плотность гигантов обычно ниже, чем у каменных планет земной группы.
Юпитер и Сатурн называют газовыми гигантами из-за преобладания водорода и гелия и сравнительно небольшой доли тяжёлых элементов. Уран и Нептун сформировались из меньшего количества захваченного водорода, зато в них велика доля воды, аммиака и метана. Эти вещества в глубинах находятся под огромным давлением, но по традиции их называют льдами, поэтому Уран и Нептун относят к ледяным гигантам.
Наблюдатель видит не поверхность, а верхние облачные слои атмосферы. Ниже газ становится всё плотнее, давление и температура растут, а водород и другие вещества переходят в необычные плотные состояния. Поэтому у гигантов нельзя провести такую ясную границу между атмосферой и твёрдой поверхностью, как у Земли.
Все гиганты вращаются вокруг оси быстро, и из-за этого центробежное действие заметно сплющивает их у полюсов. Быстрое вращение усиливает движение атмосферных потоков: соседние зоны облаков перемещаются с разными скоростями и направлениями. Различия температуры, химического состава и высоты облаков делают эти зоны светлыми и тёмными полосами.
Кольца возникают из множества небольших частиц, удерживаемых притяжением планеты и распределённых по орбитам; их можно изучать по отражённому солнечному свету и затемнениям звёзд. Вокруг гигантов обращается много спутников, потому что крупные планеты захватывали тела и одновременно формировали собственные системы спутников. Их магнитные поля захватывают заряженные частицы солнечного ветра и частицы, выбрасываемые спутниками, поэтому магнитосферы гигантов особенно обширны.
| Характеристика | Юпитер | Сатурн | Уран | Нептун |
|---|---|---|---|---|
| Положение от Солнца | 5,20 а. е. | 9,58 а. е. | 19,2 а. е. | 30,1 а. е. |
| Средний радиус | 69 900 км | 58 200 км | 25 400 км | 24 600 км |
| Масса | 1,90·1027 кг | 5,68·1026 кг | 8,68·1025 кг | 1,02·1026 кг |
| Средняя плотность | 1,33 г/см³ | 0,69 г/см³ | 1,27 г/см³ | 1,64 г/см³ |
| Период вращения вокруг оси | 9 ч 56 мин | 10 ч 40 мин | 17 ч 14 мин | 16 ч 6 мин |
| Состав атмосферы | Водород, гелий, метан | Водород, гелий, метан | Водород, гелий, метан | Водород, гелий, метан |
| Кольца и характерные особенности | Тусклые кольца, Большое красное пятно | Яркая сложная система колец | Тёмные узкие кольца, наклон оси | Тёмные кольца, сильные ветры |
Таблицу удобно читать по строкам, если нужно сравнить одну характеристику у всех планет, и по столбцам, если требуется составить общий портрет планеты. Значения округлены, поэтому в разных справочниках они могут немного различаться. а. е. — астрономическая единица, среднее расстояние от Земли до Солнца.
Условие. Масса Юпитера примерно в 317,8 раза больше массы Земли, а его радиус — в 11,2 раза больше. Сравним их средние плотности.
Ответ: средняя плотность Юпитера примерно в 4,4 раза меньше земной. Большая масса Юпитера не отменяет малую плотность, потому что его объём возрастает как куб радиуса.
Условие. По таблице период вращения Сатурна равен 10 ч 40 мин, а земные сутки — 24 ч. Нужно найти, во сколько раз сатурнианские сутки короче земных.
Ответ: период вращения Сатурна примерно в 2,25 раза меньше земного. Не следует путать этот период с временем обращения Сатурна вокруг Солнца.
Условие. Оценим ускорение у верхней границы облаков Нептуна по массе 1,024·1026 кг и радиусу 2,462·107 м. Используем G = 6,674·10−11 Н·м²/кг² и сравним результат с земным gЗ = 9,81 м/с².
Ответ: ускорение свободного падения у облаков Нептуна примерно 11,3 м/с², то есть в 1,15 раза больше земного.
Называть все планеты-гиганты газовыми. Так говорят по привычке, потому что все они имеют мощные атмосферы. Проверка: разделяйте Юпитер и Сатурн как газовые гиганты, а Уран и Нептун — как ледяные.
Представлять гиганты шарами с доступной твёрдой поверхностью. На фотографиях видны облака, а не поверхность, и глубже вещество постепенно уплотняется. Проверка: спрашивайте себя, указана ли граница между атмосферой и твёрдой оболочкой.
Считать, что кольца есть только у Сатурна. Они заметнее именно у него, поэтому остальные системы легко забыть. Проверка: вспомните полный ряд: кольца есть у Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.
Путать вращение вокруг оси с обращением вокруг Солнца. Первое определяет продолжительность суток и обычно занимает часы, второе — год планеты и занимает годы. Проверка: в условии ищите слова «вокруг оси» или «вокруг Солнца».
Для понимания темы нужны знания о строении Солнечной системы, планетах земной группы и различии между вращением вокруг оси и обращением вокруг Солнца. Сведения о гигантах помогают изучать спутники, кольца и малые тела, а также сравнивать Солнечную систему с планетными системами у других звёзд. Их состав и размеры важны для поиска и классификации экзопланет.
Почему планеты-гиганты называют именно гигантами?
Они имеют большие радиусы и массы по сравнению с планетами земной группы. Например, Юпитер по диаметру примерно в 11 раз больше Земли, а его масса превышает земную примерно в 318 раз.
Есть ли у Юпитера и Сатурна твёрдая поверхность?
Привычной твёрдой поверхности у них нет. По мере погружения в атмосферу газ сжимается и постепенно переходит в плотное вещество, поэтому чёткой границы поверхности не наблюдается.
Почему Уран и Нептун называют ледяными гигантами?
В их составе значительно больше воды, аммиака и метана, чем у Юпитера и Сатурна. В глубинах под огромным давлением эти вещества находятся не в обычном твёрдом виде, но в планетологии их традиционно называют льдами.
У каких планет, кроме Сатурна, есть кольца?
Кольцевые системы обнаружены также у Юпитера, Урана и Нептуна. Их кольца обычно темнее и менее заметны, чем яркие кольца Сатурна.
Почему атмосферы планет-гигантов выглядят полосатыми?
Быстрое вращение планет разделяет атмосферные потоки на пояса, движущиеся в разных направлениях и с разными скоростями. Различия в составе, температуре и высоте облаков делают эти пояса светлыми и тёмными.
§ 15. Планеты-гиганты
