1.2.4. Внешние планеты

Сатурн

Оащ пп

Рис. 1.9.Возможное строение планет внешней группы (Земля дана в масштабе): 1 — жидкий молекулярный водород; 2 — жидкий металлический водород; 3 — лед воды, метана и алюминия; 4 — твердые породы, железо

Юпитер

Располагающиеся за поясом астероидов планеты внешней группы сильно отличаются от планет внутренней группы. Они имеют огром­ные размеры, мощную атмосферу, газово-жидкие оболочки и неболь­шое силикатное (?) ядро (рис. 1.9).

Масса Юпитера в 317 раз больше, чем масса Земли, но ои обладает малой средней плотностью — 1,33 г/см-'. Его масса в 80 раз меньше той необходимой массы, при которой небесное тело может стать звездой, хотя он забрал себе 2/3 планетной массы всей Солнечной системы. Внешний вид планеты, хорошо изученной космическими аппаратами «Вояджер», определяется полосчатой системой разновысотных и раз­лично окрашенных облаков, имеющей мощность 50 км. Они образова­ны конвективными потоками, которые выносят тепло во внешние зоны. Светлые облака располагаются выше других, состоятиз белых кристал­лов аммиака и находятся над восходящими конвективными струями. Более низкие красно-коричневые облака состоят из кристаллов гидросульфида аммония, имеют более высокую температуру и располагаются над нис­ходящими конвективными струями.

На Юпитере устойчивые ветры дуют в одном направлении и достига­ют скорости 150 м/с. В пограничных зонах облачных поясов возникают турбулентные завихрения, как, например, Большое Красное Пятно (БКПЮ) с длинной осью 20 — 25 тыс. км, обнаруженное 150 лет назад. Полное вращение облаков в пятне против часовой стрелки осуществляется за семь дней, и его внутренняя структура все время изменяется, сохраняя лишь общую конфигурацию. Сам вихрь непрерывно дрейфует как целое в западном направлении со скоростью 3-4 м/с и совершает полный обо­рот за 10-15 лет. Сейчас усиленно разрабатывается идея о том, что вихрь БКПЮ представляет собой физическое явление, называемое солитоном — уединенной волной, — нерасилывающийся нелинейный волновой пакет.

Атмосфера Юпитера достигает 1000 км, под ней могут находить­ся оболочки из жидкого молекулярного водорода, а еще ниже — ме­таллического водорода. В центре планеты располагается силикатное (каменное?) ядро небольших размеров. Магнитное поле Юпитера превышает в 10 раз по напряженности магнитное поле Земли, а кроме того, Юпитер окружен мощными радиационными поясами. Возможно, магнитное поле обусловлено быстрым вращением планеты (9 ч 55 мин.). Магнитосфера Юпитера простирается более чем на 650 млн км от него в сторону, противоположную Солпцу.

У Юпитера существуют по крайней мере три кольца и 16 спутников, из которых четыре крупных, так называемых галилеевых, открытых еще в 1610 г. Галилео Галилеем, — Ио, Европа, Ганимед, Каллисто. Ближай­ший спутник к Юпитеру — это Ио,по размерам (диаметр 3700 км), массе и плотности похожий на Луну. Особенностью Ио являются извержения многочисленных чрезвычайно активных вулканов, изливающих и выбра­сывающих вверх на 200 км яркие — красные, желтые, оранжевые — пото­ки серы и белые потоки серного ангидрида. Зафиксированы извержения из кратеров конусовидных вулканов, которые «переезжают» с места на место, и везде на поверхности фиксируются светлые и темные сернистые пятна, напоминающие снег. Приливные возмущения со стороны Юпитера приводят к разогреву недр Ио, образованию магматических камер и их опорожнению.

Европа,близкая по своим параметрам Луне, покрыта льдом воды мощ­ностью до 100 км, в котором видны протяженные трещины (рис. 1.10). Судя по тому, что на поверхности Европы почти нет ударных кратеров, она очень молодая и рельеф практически отсутствует.

Рис. 1.10. Ледяная поверхность спутника Юпитера — Европы. Снимок получен 16 декабря 1997 г. космическим аппаратом «Галилей» с высоты 560 км. Разрешающая способность снимка — 6м (по материалам NASA)

Ганимед,самый крупный из галилеевых спутников (он больше, чем планета Меркурий), обладает плотностью 1,94 г/см³и состоит из смеси льда воды и силикатов.

Каллистопо своим размерам и плотности похож на Ганимед и также состоит из льда воды и силикатов. Однако на участках темного цвета на поверхности Каллисто много ударных кратеров, что говорит о древнем возрасте этих участков. Кольцевая структура Вальхалла имеет диаметр 300 км. Не исключено, что это след от удара крупного космического тела.

этан и углеводороды, а давление у поверхности не превышает 1,6 атм. Температура плотной атмосферы около -200 °С.

На Титане в начале 2005 г. был высажен зонд «Гюйгенс», передав­ший потрясающие снимки его поверхности, на которой видны «реки» и «моря», заполненные метаном. Предполагается, что метан может быть продуктом жинедеятельности бактерий. Ввиду низких темпера­тур метан может существовать в жидкой и твердой (лед метана и этана) формах.

Предполагается также, что под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца в верхних слоях атмосферы Титана из углеводоро­дов могут образовываться сложные органические молекулы, которые, опускаясь, достигают его поверхности.

За орбитой Сатурна расположено кольцо из космической пыли, от­крытое межпланетными станциями в 70-гг. XX в. и, по-видимому, сфор­мировавшееся за счет столкновения тел внутри пояса Койпера, находя­щегося на внешней границе Солнечной системы.

Уран, открытый В. Гершелем в 1781 г., превосходит Землю в четыре раза по размерам и в 14,5 раз по массе. Эта третья планета-гигант вра­щается в сторону, противоположную той, в которую вращаются боль­шинство остальных планет. Мало этого, ось вращения Урана располо­жена почти в плоскости орбиты, так что Уран «лежит на боку» и вращается не «в ту сторону». Уран меньше Юпитера, но плотность в среднем у него близка к плотности Юпитера, что заставляет сомне­ваться в существовании оболочки из металлического водорода, т. к. дав­ление слишком мало. В атмосфере Урана, как и на других планетах- гигантах, преобладают водород (84 %) и гелий (14 %), но также присут­ствуют частицы льда метана (2 %). Уран окружен системой из 11 тон­ких колец, между которыми расстояние гораздо больше, чем между кольцами Сатурна. Из 26 спутников Урана пять средних по размеру и 21 малый, обладают угловатой формой и похожи на спутники Марса и малые спутники Юпитера и Сатурна.

Нептун— самая маленькая из планет-гигантов — обладает, тем не менее, самой большой среди них плотностью, что обусловлено суще­ствованием силикатного ядра, окруженного оболочками из жидкого во­дорода, льда воды и мощной водородно-гелиевой атмосферой с облач­ным покровом, состоящим также из частиц льда воды, льда аммиака, льда метана и гидросульфида аммония. В атмосфере Нептуна, как и на Юпитере, просматриваются крупные вихревые структуры, изменчивые во времени. У Нептуна существует система колец, имеющих на разных участках различную мощность. Из восьми спутников Нептуна один крупный — Тритон и семь малых, на поверхности которых имеются следы водоледяного вулканизма.

5 ЧМ

И, наконец, Плутон,девятая планета, если считать от Солнца, силь­но отличается от планет-гигантов и, наверное, ею не является. У Плу­тона очень вытянутая эллипсовидная орбита, пересекающая орбиту Не­птуна при вращении Плутона вокруг Солнца. Разреженная атмосфера Плутона, состоящая из льдов азота, метана и моноокиси углерода, ок­ружает ледяную поверхность планеты благодаря холоду (-240 °С), гос­подствующему на этой самой дальней планете.

Крупный спутник Харон(диаметр 1172 км) состоит из смеси льда и силикатов с плотностью 1,8 г/см³и в своем вращении вокруг Плуто­на на расстоянии 19 405 км всегда обращен к планете одной и той же стороной.

В настоящее время считается, что Плутон с Хароном могут принад­лежать так называемому поясу Койпера, расположенному в интервале 35-50 АЕ, прямо за орбитой Нептуна. В этом поясе находится много мелких планет, размером от одного километра до сотен, а открыт был этот пояс астрономом Джеральдом Койпером только в середине XX в.