§ 9. Планети-гіганти

Планети-гіганти на відміну від планет земної групи не мають твердої поверхні, бо за хімічним складом (99 % Гідрогену і Гелію) і густиною (≈1 г/см 3 ) вони нагадують зорі, а їхня велика маса спричиняє нагрівання ядер до температури понад +10 000 °С (рис. 9.1). Крім того, планети-гіганти досить швидко обертаються навколо осі та мають велику кількість супутників (див. § 10).

Найбільшою загадкою усіх планет-гігантів (крім Урана) є джерело внутрішньої енергії, яку випромінюють ці планети в інфрачервоній частині спектра. Джерелом енергії не можуть бути термоядерні реакції, бо маса планет-гігантів недостатня для перетворення їх у зорі. Не виключена можливість, що гіганти випромінюють ту енергію, яка була накопичена під час утворення Сонячної системи кілька мільярдів років тому. Можливо, що в минулому Юпітер мав досить високу температуру на поверхні й світився на небі молодої Землі у 100 разів яскравіше за Місяць.

Рис. 9.1. Відносні розміри планет-гігантів

Юпітер, який був названий на честь наймогутнішого бога римської міфології, виявився найбільшою планетою Сонячної системи. Основними компонентами атмосфери Юпітера є водень — 86,1% та гелій — 13,8%, а у хмарах помічена присутність метану, аміаку та водяної пари. Верхній шар світлих хмар, де атмосферний тиск сягає 1 атм, має температуру -107°С і складається з кристаликів аміаку. Шар хмар з домішками сірки, що розташований нижче, має червоний колір (рис. 9.2—9.4). Найнижче знаходяться хмари з водяної пари, які утворюються на глибині 80 км від верхніх світлих хмар. Температура і атмосферний тиск із глибиною поступово зростають.

Недавно з’явилися гіпотези щодо можливості існування життя у хмарах Юпітера, адже його атмосфера має всі компоненти, які були необхідні для появи життя на Землі. Деякі шари хмар є теплі та відносно комфортні для існування навіть земних мікроорганізмів.

Рис. 9.2. Будова атмосфери Юпітера за результатами досліджень АМС «Галілей» (США). Рівень, де тиск сягає 1 атм, вважають свого роду «поверхнею» планети

Рис. 9.3. Смуги хмар в атмосфері. З надр Юпітера надходить потік енергії, який викликає конвекцію — теплі шари повітря піднімаються вгору, а холодні — опускаються донизу. Сильні горизонтальні вітри виникають через добовий перепад температури між нічною та денною півкулями планети

Рис. 9.4. Велика Червона Пляма, яка розташована в південній півкулі Юпітера і за розмірами майже вдвічі більша, ніж Земля, є велетенським вихорем в атмосфері, у якому вітер дме з ураганною швидкістю до 100 м/с (фото АМС «Вояджер», США). Чому цей вихор, який помітили ще 300 років тому, існує до нашого часу, залишається загадкою.

Для допитливих

На глибині 20000 км водень переходить у металічний стан, і його фізичні властивості нагадують розплавлений метал, який добре проводить електричний струм. Такий агрегатний стан водню (густина 4 г/см 3 при тискові 10 6 атм) на Землі не існує. Завдяки електричному струмові, що генерується у цій металевій оболонці, виникає потужне магнітне поле, тому навколо Юпітера утворюються радіаційні пояси, які в 10 4 рази інтенсивніші від земних. Юпітер є потужним джерелом радіовипромінювання. У центрі Юпітера існує тверде ядро, подібне за хімічним складом до планет земної групи, яке може складатися зі скельних порід.

Сатурн — найвіддаленішу планету, яку знали астрономи в стародавні часи,— назвали на честь батька головного бога Юпітера. Після винайдення телескопа виявили, що Сатурн є найкрасивішою планетою Сонячної системи, бо його казкове кільце зачаровує як дітей, так і дорослих (про природу кільця див. у § 10). Сатурн не має того розмаїття кольорів, який ми спостерігаємо в атмосфері Юпітера, але структура атмосфери цих планет дуже схожа. Жовтуватого кольору верхнім шарам атмосфери Сатурна надають снігові хмари з аміаку (рис. 9.5). На глибині 300 км від верхніх шарів хмар розташовуються хмари води, у яких при підвищенні температури сніг перетворюється в дощ.

Середня густина Сатурна менша, ніж води, що свідчить про невелику кількість важких хімічних елементів у ядрі планети.

Сатурн, як і Юпітер, має магнітне поле, радіаційні пояси та є джерелом радіовипромінювання.

Рис. 9.5. Верхні шари хмар отримують енергію як від Сонця, так і з глибини Сатурна. У результаті взаємодії цих потоків енергії виникають сильні вітри, що спрямовані переважно із заходу на схід і швидкість яких досягає 400 м/с. Через вітри утворюються темні смуги хмар, які розташовані паралельно до екватора

Для допитливих

Сатурн теж випромінює у космос більше енергії, ніж отримує від Сонця. Астрономи недавно виявили дефіцит Гелію в атмосфері Сатурна в порівнянні з атмосферою Юпітера і запропонували цікаву гіпотезу про можливе джерело його енергії. На Сатурні Гелій не повністю розчиняється у водні, як це спостерігається на Юпітері, де вищі тиск і температура. У водневій атмосфері Сатурна Гелій утворює краплі, які конденсуються в атмосфері як своєрідний туман і потім випадають у вигляді дощу. Такі гелієві опади у верхніх шарах атмосфери можуть бути джерелом внутрішньої енергії, бо більш густий Гелій (у порівнянні з воднем) опускається ближче до центра. Таким чином, потенціальна енергія крапель Гелію перетворюється в кінетичну енергію, що призводить до підвищення температури в надрах. Із часом гелієві дощі припиняться, тому температура на Сатурні знизиться.

Названий на честь бога неба Уран є по-справжньому блакитною планетою, тому що одну сьому його атмосфери складає метан. Існує одна особливість, яка виділяє Уран з усіх планет Сонячної системи: його екватор нахилений до площини орбіти під кутом 98°. Такий великий кут нахилу призводить до унікальної у Сонячній системі зміни пір року — полярні кола розташовуються майже на екваторі, а тропіки — біля полюсів. Це означає, що Сонце освітлює один із полюсів планети майже 42 земні роки, у той час як на іншому полюсі стільки ж триває полярна ніч (рис. 9.6). Правда, спеки там не буває, бо Уран отримує від Сонця набагато менше енергії, ніж Земля, і температура верхніх шарів атмосфери не піднімається вище за -215 °С.

Астрономи довгий час спостерігали за Ураном, але не виявили суттєвих змін кольорів або утворень в атмосфері. Тільки у 2007 р., коли Сонце освітлювало одночасно обидві півкулі Урана (рис. 9.6), у телескопи були помічені смуги хмар.

Рис. 9.6. Вісь обертання Урана лежить майже у площині орбіти, тому там тропіки збігаються з полярним колом. Тривалість сезонів на Урані 21 земний рік. Осьове обертання Урана, як і Венери, відбувається у напрямку, протилежному напрямку обертання інших планет Сонячної системи

Чи існує океан на планеті Нептун, яку назвали на честь бога підводного світу? Нептун розташовується на околиці Сонячної системи і має період обертання 164,8 земного року. Планета має внутрішнє джерело енергії, бо випромінює у космос тепла майже втричі більше, ніж одержує його від Сонця. Від часу свого відкриття у 1846 р. Нептун зробив повний оберт навколо Сонця тільки у 2011 р.

Під хмарами температура атмосфери поступово підвищується до +700 °С, тому вода там не може перебувати в рідкому стані. Більш реальною є гіпотеза про водяні хмари з розчином аміаку, густина яких може перевершувати густину рідкої води в кілька разів (рис. 9.7). Швидкість вітрів у хмарах сягає фантастичної величини — 500 м/с. Чому виникають сильні вітри на такій холодній планеті — це ще одна нерозгадана таємниця Нептуна.

Рис. 9.7. На Нептуні виявлений велетенський вихор із діаметром понад 1000 км, який має назву Велика Чорна Пляма

Планети-гіганти за хімічним складом нагадують зорі, вони не мають твердої поверхні, тому на них ніколи не зроблять посадку пілотовані космічні кораблі. Під холодними хмарами гіганти мають гарячі надра, температура яких сягає десятків тисяч градусів. Однією з таємниць залишається джерело внутрішньої енергії планет-гігантів, бо всі вони, за винятком Урана, випромінюють у космос більше енергії, ніж отримують від Сонця.

1. Які планети випромінюють у космос більше енергії, ніж отримують від Сонця?

А. Усі планети-гіганти. Б. Юпітер, Сатурн, Нептун. В. Юпітер, Сатурн, Уран. Г. Уран.

2. Які планети обертаються навколо осі у зворотному напрямку?

А. Венера, Юпітер. Б. Усі планети-гіганти. В. Юпітер, Сатурн. Г. Уран, Венера.

3. На якій із цих планет спостерігається найбільша тривалість дня?

А. На Венері. Б. На Марсі. В. На Юпітері. Г. На Урані. Д. На Землі.

4. Скільки часу триває день на полюсах Урана?

А. 21 земний рік. Б. 17 год 14 хв. В. 1 місяць. Г. 1 земний рік. Д. 42 земні роки.

5. Які особливості у планет-гігантів?

6. Чому Юпітер можна вважати дуже схожим на зорю?

7. Що викликає гелієві дощі на Сатурні?

8. Чим обумовлена зміна пір року на Урані?

9. Обчисліть найменшу та найбільшу відстані між Землею та Юпітером.

10. За допомогою рухомої карти зоряного неба визначте, коли ці планети сходять і заходять у день вашого народження поточного року.

Диспути на запропоновані теми

11. Чому виникли гіпотези про можливе життя у хмарах Юпітера?

Завдання для спостережень

12. За допомогою астрономічного календаря відшукайте на небі Юпітер та Сатурн і визначте, у якому сузір’ї спостерігаються ці планети.

13. Які планети-гіганти видно сьогодні у вечірній час?

Ключові поняття і терміни:

Велика Червона Пляма, Велика Чорна Пляма, планети-гіганти, шари хмар, смуги хмар.

Скільки триває день на Урані? Скільки триває рік?

Сьома планета нашої Сонячної системи, Уран, значно більша за Землю і знаходиться набагато далі від Сонця. Ця відстань і розмір мають цікавий вплив на тривалість року на Урані, а також на тривалість дня.

Щоб краще зрозуміти, чому, потрібно знати, як обчислюється доба і рік на планеті. Доба обчислюється шляхом вимірювання часу, за який планета робить один оберт навколо своєї осі. Рік обчислюється шляхом вимірювання часу, за який та ж планета робить один повний оберт навколо Сонця.

У випадку з Ураном, цьому газовому гіганту потрібно 17,14 годин, щоб зробити один оберт навколо своєї осі. Це означає, що урановий день триває 17,14 годин, а рік на Урані – майже 84 земних роки (30 660 днів). Варто також зазначити, що швидкість, з якою рухається Уран, становить трохи менше 15 300 миль на годину (24 600 кілометрів на годину).

Скільки годин триває доба на Урані?

Як ми вже згадували раніше, Уран обертається навколо своєї осі за 17 годин 14 хвилин. Це означає, що уранова доба триває 17,14 години, що приблизно на 7 годин менше, ніж земна. Хоча Уран обертається швидше, ніж Земля, насправді він обертається назад Це означає, що в той час як Земля та інші планети обертаються із заходу на схід, Уран обертається зі сходу на захід. Цей зворотний рух відомий як ретроградний обертання З усіх планет лише Уран і Венера мають цю незвичайну особливість. Іншими словами, якби ви стояли на Урані (що, як ми побачимо, майже неможливо), то побачили б, як сонце сходить на заході і заходить на сході.

Копирайт изображения ParallelVision, Pixabay

Чому рік Урана такий довгий?

Причина, чому рік на Урані триває майже 84 роки (30 660 днів), полягає в тому, що він набагато далі від Сонця, ніж Земля. Якщо Земля знаходиться на відстані близько 93 мільйонів миль (151 мільйон кілометрів) від Сонця, то Уран – на відстані близько 1,9 мільярд Оскільки рік планети обчислюється за часом, який вона витрачає на один оберт навколо Сонця, то цілком логічно, що, перебуваючи набагато далі, Уран робить це набагато довше, ніж Земля.

Якщо ви любите дуже технічні деталі, варто зазначити, що на найвіддаленішій відстані від Сонця (так званій “астрономічній точці”) Афеліон ), Уран знаходиться на відстані 1,89 мільярда миль (3 мільярди кілометрів) від нас. Однак, на найближчій відстані до Сонця (афелій) перигелій Причиною такої розбіжності є еліптична орбіта Урана, яка більше схожа на овал, ніж на коло.

Скільки триває день на Урані порівняно з Землею?

Як ми вже дізналися раніше, доба планети обчислюється за часом, необхідним для повного обертання навколо своєї осі. Незважаючи на те, що Уран значно більший за Землю, він обертається набагато швидше. Наприклад, Земля обертається зі швидкістю близько 1000 миль на годину (1610 км/год), тоді як Уран – зі швидкістю 15 300 миль на годину (24 600 км/год), що набагато швидше. Ця різниця в швидкості означає, що Землі потрібно 24 години, щоб зробити один оберт навколо своєї осі.повний оберт, тоді як Урану потрібно лише близько 17 годин.

Переглянути цей пост в Instagram

Допис, яким поділився Space

Скільки часу потрібно, щоб дістатися до Урана з Землі?

Вчені підрахували, що людині знадобиться від 12 до 15 років, щоб дістатися від Землі до Урана на космічному кораблі. Для порівняння, дослідницький космічний корабель “Вояджер-2”, який був запущений 20 серпня 1977 року, нарешті дістався до Урана 24 січня 1986 року. Це означає, що подорож зайняла майже 9 з половиною років. Однак “Вояджер-2” був безпілотним, а це означає, що він міг би подорожувати швидше.пілотовані космічні кораблі, з різних причин, повинні були б рухатися повільніше, а отже, це зайняло б більше часу.

Що станеться, якщо ви впадете на Уран?

Падіння в атмосферу і спуск на поверхню Урана був би поганим днем для будь-якої людини. По-перше, вам знадобився б скафандр, щоб захиститися від неймовірно низьких температур близько -224 градусів за Фаренгейтом. Вид був би вражаючим, якби ви вижили, але наразі не існує скафандрів, здатних витримати такий холод.

Однак, якби у вас був скафандр, який би захищав вас і дозволяв відчути запах атмосфери, він викликав би у вас огиду. Це тому, що атмосфера Урана наповнена сірководнем, який має сильний сморід.

При подальшому падінні температура різко зростає, як і тиск. Насправді, тиск настільки сильний, що вчені вважають, ніби він стискає атоми вуглецю в алмази! Багато хто припускає, що саме з цієї причини на Урані випадає “алмазний дощ”, хоча це не підтверджено.

Якби вам вдалося дістатися до поверхні цілим і неушкодженим, не розплавившись, не розтрощившись і не перетворившись на алмаз, нічний краєвид був би неперевершеним. Уран має 27 супутників, і деякі з них ви могли б (можливо) побачити крізь густі хмари метану та інших газів.

Скільки років планеті Уран?

Наша Сонячна система утворилася приблизно 4,6 мільярда років тому. З цієї причини Уран і решта планет, що оточують наше Сонце, мають вік близько 4,6 мільярда років. Звичайно, це лише наукове “найкраще припущення”.

Наскільки сильна гравітація на Урані?

Один дуже цікавий факт про Уран полягає в тому, що, незважаючи на те, що він значно більший за Землю, сила тяжіння на поверхні планети менша, ніж на Землі. Дійсно, вона на 14% менша, а це означає, що якщо б ви важили 200 фунтів (91 кілограм) на Землі, то на Урані ви б важили 172 фунти (78 кілограмів). Однак, якщо врахувати, що “поверхня” Урана – це в основному рідини і гази, то знаходження на нійдесь встати і виміряти свою вагу буде складно.

Копирайт изображения 95C, Pixabay

Яка атмосфера на Урані?

Атмосфера на Урані значно відрізняється від земної. Якщо земна атмосфера на 78% складається з азоту, 21% – з кисню і 1% – з інших газів, то атмосфера на Урані складається переважно з водню і гелію. У ній також є невелика кількість метану і сліди аміаку та води. Цікаво, що гази в атмосфері Урана надають їй характерного блакитнуватого забарвлення.

Більш того, вітри на поверхні Урана досягають швидкості майже 560 миль/год (900 км/год). Якщо врахувати, що ураган 5 категорії на Землі досягає швидкості 157 миль/год (252 км/год) або вище, то просто стояти на одному місці на Урані, щоб вас не здуло, було б майже неможливо.

• Дивіться також: Якого кольору Уран? Що таке істинні та хибні кольори?
• Співочий горобець: польовий путівник, фотографії, ареал та інформація про нього

Заключні думки

Вітаємо, тепер ви знаєте про Уран більше, ніж більшість ваших друзів і родичів! Наприклад, ви знаєте, що доба на Урані триває 17 годин і 14 хвилин, а урановий рік – 84 земних роки. Сподіваємося, вам сподобалися ці факти і цифри про Уран! Якщо так, то обов’язково поділіться цією статтею і розкажіть іншим про дива нашого космічного сусіда-гіганта – Урана!

Дивіться також:

• 10 цікавих фактів про Марс
• Скільки супутників у Марса?
• Скільки кілець має Юпітер?
• Наскільки великий Уран?

• //www.bbc.com/future/article/20140822-the-mission-to-an-un-loved-planet
• //www.sciencealert.com/why-are-venus-and-uranus-spinning-in-the-wrong-direction
• //coolcosmos.ipac.caltech.edu/ask/131-How-long-is-a-day-on-Uranus-
• //www.space.com/18709-uranus-distance.html
• //inf.news/en/science/b8f753bb01caf517665d25e8c148dec3.html
• //naturenoon.com/live-uranus/
• //solarsystem.nasa.gov/planets/uranus/in-depth/

Фото: Вадим Садовський, Shutterstock