§ 4.9. Нептун

Нептун — самый маленький из гигантов (рис. 4.9). Экваториальный радиус планеты 24 760 км, масса Урана составляет 17,2 массы Земли. Средняя плотность планеты равна 1,7 г/см³. Ускорение свободного падения на экваторе в 1,1 раза больше земного.

Нептун, так же как и Уран, виден только в телескоп (его звездная величина 7^m,6). Угловой диаметр Нептуна около 2",4. Период вращения вокруг оси был определен спектроскопически и составляет 16,11^h. Направление вращения прямое.

На фотографиях планеты хорошо видны облака, появляющиеся и исчезающие в атмосфере. Примечательной деталью является Большое Темное пятно, схожее по структуре с Большим Красным пятном Юпитера.

По характеристикам атмосферы и внутреннего строения Нептун очень похож на Уран. Скорость ветра в атмосфере планеты достигает рекордного значения  600 м/с.

Средняя плотность Нептуна, так же как и Урана, больше, чем у Юпитера и Сатурна, но размеры этих планет меньше. По-видимому, они содержат больше тяжелых элементов.

В 1989 г. около Нептуна пролетел космический аппарат «Вояджер-2». На снимках, полученных аппаратом, видна система колец планеты: три замкнутых и одно незамкнутое кольцо.

Рис. 4.9. Нептун.

Нептун обладает магнитным полем, напряженность которого в 3 раза меньше, чем у Земли.

У Нептуна известны 8 спутников. Один из двух спутников Нептуна, Тритон, принадлежит к числу крупнейших в Солнечной системе (его радиус равен 1353 км) и движется вокруг планеты в обратном направлении.

§ 4.10. Спутники планет. Кольца планет

Спутники. В Солнечной системе на начало 2003 г. известно 102 естественных спутника планет. Из них два спутника, Ганимед и Титан, превосходят по размеру Меркурий. Еще 9 спутников «перешагнули» 1000-километровый рубеж, размеры большинства меньше 500 км.

Системы спутников, расположенные около планет-гигантов, во многом подобны самой Солнечной системе. Орбиты многих спутников почти совпадают с плоскостью экватора центральной планеты, что является сильным аргументом в пользу их совместного образования. Однако некоторые малые по размерам спутники имеют большие наклонения орбит и обратное направление обращения. Не исключено, что они являются бывшими астероидами, которые изменили свои орбиты и были захвачены планетами-гигантами.

Каждый из четырех галилеевых спутников Юпитера — это своеобразный, до недавнего времени совсем не известный мир. По размерам некоторые из них несколько больше Луны, другие несколько меньше. Поверхность Ио необычного желтовато-красного цвета. Судя по спектру отражения она покрыта в значительной части серой. Вид поверхности свидетельствует о бурной активности недр. Во время пролета «Вояджера-1» и «Вояджера-2» через систему Юпитера на Ио были обнаружены действующие вулканы. Спутник имеет разреженную атмосферу, но состав ее детально не изучен. Одной из составляющих является двуокись серы SО₂. Средняя температура поверхности Ио около 120°С, но в некото­рых районах она существенно выше. Были предложены две гипотезы о возможных источниках энергии, обеспечивающих вулканизм на Ио:

1) мощные приливы, обусловленные гравитационным полем Юпитера;

2) электрические токи, возникающие при движении Ио в магнитном поле планеты.

Три других больших спутника Юпитера, по-видимому, имеют ледяную кору. Поверхность их покрыта множеством ударных кратеров. Отличительной особенностью Европы является причудливая сеть переплетающихся тонких деталей — возможно, это трещины в ледяной коре. На Европе и Ганимеде обнаружены разреженные кислородные атмосферы.

Среди спутников Сатурна особое место занимает Титан. Он обладает плотной атмосферой (около 1 атм у поверхности), состоящей в основном из азота. Обнаружены и малые составляющие, включая метан СН₄ и синильную кислоту HСN. Молекула HCN — вероятно, одна из важнейших участниц предбиологического синтеза, но жизнь на поверхности Титана невозможна, так как средняя температура ее около 180°С.

Ударные кратеры покрывают поверхность спутников Сатурна — Дионы, Реи, Тефии, Мимаса, Япета, изображения которых были получены во время пролетов «Вояджера-1» и «Вояджера-2» через систему Сатурна в 1980-1981 гг.

С 5 до 15 возросло число известных спутников Урана в результате пролета «Вояджера-2» вблизи этой планеты (1980г.). Были получены также изображения поверхности пяти известных ранее спутников: Титании, Оберона, Умбриэль, Ариэль и Миранды.

В системе Нептуна крупнейший спутник — Тритон. Его орбита сильно накло­нена к плоскости экватора планеты и он имеет обратное направление орбитального движения. По-видимому, он образовался отдельно от Нептуна и был им захвачен. Когда «Вояджер-2» совершил пролет через систему Нептуна (1989г.) были полу­чены очень хорошие изображения Тритона, а спектроскопические исследования показали, что на нем есть разреженная атмосфера, состоящая из азота и метана. Метановый и азотный льды покрывают поверхность Тритона. Температура поверхности Тритона очень низкая (235°С), но ее строение указывает на внутреннюю активность. Это тектонические и даже вулканические явления в вязкой ледяной среде, механизм которых пока не изучен.

У нескольких крупных спутников обнаружены собственные магнитные поля.

Из планет земной группы, кроме Земли, только Марс имеет два спутника, которые были открыты американским астрономом Холлом в 1877 г. Они очень близки к планете и слабы, наблюдать их поэтому трудно. Оба спутника представляют небольшие каменистые тела неправильной формы. Размеры Фобоса составляют 2719 км, Деймоса — 1611 км.

Кольца. Кольца Сатурна — один из самых красивых объектов, которые можно наблюдать в телескоп. Их впервые увидел Галилей в 1610 г., но установить действительную форму найденного им образования Галилею не удалось. Это сделал в 1655 г. Гюйгенс, который обнаружил, что оно представляет собой плоское кольцо, концентричное телу планеты, но не примыкающее к нему. Ныне известно, что «кольцо» представляет собой систему из многих сотен концентрических колец. При наблюдениях с Земли они сливаются и можно выделить лишь несколько градаций, обычно три: внешнее А, среднее В и внутреннее кольцо С. Внешнее кольцо А отделено от среднего кольца В резким темным промежутком, называемым щелью Кассини. Среднее кольцо является самым ярким. От внутреннего кольца С оно тоже отделено темным промежутком. Внутреннее кольцо С, темное и полупрозрачное, называется креповым кольцом. Край этого кольца Сатурна с внутренней стороны заметно размыт и сходит на нет постепенно. Фотографии, полученные «Вояджерами», показали многие удивительные детали, не нашедшие пока объяснения, например, радиальные лучи, переплетения, пучки. Кольца состоят из огромного количества частиц, находящихся в орбитальном движении вокруг планеты. Спектр отражения колец в ближайшей инфракрасной области содержит полосы поглощения, характерные для льда Н₂О. По-видимому, частицы колец со­стоят в основном из льда. При прохождении Земли через плоскость колец Сатурна удалось установить, что их толщина очень мала (несколько километров).

Юпитер и Уран тоже имеют кольца, но открыты они были только недавно. Они существенно менее развиты, и наблюдать их гораздо труднее. Кольцо Юпитера расположено в плоскости экватора, его радиус около 1,7 радиуса планеты. Впервые кольцо Юпитера было обнаружено на снимках, переданных с борта «Вояджера-1». Внутри кольца находится очень слабое «гало», заполняющее тороидальную зону между кольцом и облачным слоем планеты.

Уран имеет систему колец, но они тоже узкие. Их впервые обнаружили с Земли при наблюдениях покрытий звезд, но гораздо более полные данные были получены при пролете «Вояджера-2» вблизи Урана (1986 г.).

Наблюдения покрытий звезд Нептуном также дали определенные свидетельства о том, что у него есть система колец, но не очень уверенные, и наличие их было по настоящему установлено только при встрече «Вояджера-2» с Нептуном (1989 г.)