Доброго времени суток, уважаемые читатели! В серии статей «Космический лед» мы продолжаем знакомить вас удивительными явлениями, происходящими далеко за границами нашей Земли, и наша новая короткая заметка будет посвящена небесным телам, расположившимся на периферии Солнечной системы — Ледяные гиганты.
В традиционных верованиях разных народов небо и водная стихия были в числе главных и значимых объектов поклонения. В европейской культуре наиболее известными стали имена древнейших божеств, олицетворяющих небосвод и водный мир, из древнегреческой и древнеримской мифологии. Это бог неба Уран (др.греч. Οὐρανός — «небо») и бог морей, рек и озер Нептун (лат. Neptunus), который отождествлялся с греческим Посейдоном. В представлении древних в формировании и установлении мироустройства эти божества играли важнейшие роли: Уран считался прародителем многих других божеств, в том числе знаменитых богов Олимпа; а Нептуна (Посейдона), как морского царя, особенно почитали мореплаватели, рыбаки и торговый люд.
Иллюстрация — 1. Планета Уран
Иллюстрация — 2. Планета Нептун
Свое место Уран и Нептун заняли не только в пантеоне античных богов, но и в науке – в астрономии как планеты, а в химии как радиоактивные элементы Уран (U) и производный от него Нептуний (Np). Войдя в группу планетарных газовых образований наравне с Юпитером и Сатурном, Уран и Нептун выделились в подгруппу, именуемую ледяные гиганты. Рассмотрим эти далекие от нас и соседствующие друг с другом планеты.
Устройство планетарных систем.
Уран – седьмая по счету от Солнца планета (удаленность от Солнца – 19.2 а.е.), стоящая на третьем месте по своим размерам (экваториальный диаметр около 51200 км) и на четвертом по массе (86.05 х 10 в 24 степени).
Нептун – восьмая планета в Солнечной системе, наиболее удаленная (расстояние от Солнца 30.1 а.е.), по размерам она уступает Урану и стоит на четвертом месте (экваториальный диаметр около 49500 км), а по массе опережает Уран, занимая третье место (101.59 х 10 в 24 степени).
Оборот вокруг Солнца у Урана составляет 84 земных года, а у Нептуна в 2 раза больше – 164.8 земных года.
Планеты были открыты в разное время, при этом Уран люди наблюдали еще в древности, принимая его за звезду (он виден с Земли невооруженным глазом), а вот открытие Нептуна стало результатом математических расчетов. Уран открыл Уильям Гершель в 1781 году, а открытие Нептуна в 1846 году принадлежит Урбену Леверье.
Стоит отметить, что газовые гиганты, включая ледяных гигантов, обладают системой колец, выраженной в той или иной степени, и спутниками. На сегодняшний день у Урана обнаружено 13 колец и 27 спутников, а у Нептуна – 5 колец и 14 спутников.
Кольца Урана состоят из очень темного материала, и в отличие от колец Сатурна они едва заметны. Природа материала пока не известна; предполагается, что это могут быть органические соединения, силикаты и водяной лед. Как и у Сатурна, устойчивость структуры колец Урана связана с гравитационным воздействием спутников (подробнее об этом читайте в первой части серии «Космический лед. Кольца Сатурна»). Спутники Урана, возможно, состоят из скальных пород и льда (аммиачного, углекислого, метанового).
Илл. — 3. Изображение Урана и его колец в инфракрасных лучах. Яркое пятно слева – спутник Миранда, а пятна на самой планете – облака
Система колец Нептуна также образована льдом, каменными частицами и углеродными соединениями. А из всех лун Нептуна, носящих имена морских божеств, выделяется Тритон, крупнейший ледяной спутник в данной планетарной системе; о нем мы поговорим отдельно в следующей части серии заметок «Космический лед».
Илл. — 4. Кольца Нептуна. Фотография сделана с космического зонда Вояджер-2
Уран выделяется среди планет Солнечной системы сильным наклоном оси вращения – он составляет почти 98 градусов относительно плоскости его орбиты. В сравнении с другими планетами, можно сказать, что Уран лежит на боку.
Илл.- 5. Угол наклона оси планет Солнечной системы и направление вращения вокруг оси
Помимо этого он совершает ретроградное движение вокруг своей оси, иначе говоря, вращается по часовой стрелке, а не против, как большинство планет (Венера, кстати, тоже ретроград в этом отношении).
Илл. 6. Схема движения Урана вокруг Солнца
Илл. — 6. Схема движения Урана вокруг Солнца
Внутреннее строение и атмосфера планет.
Строение Урана и Нептуна в целом идентично. Оно предполагает наличие каменного ядра, ледяной мантии, и своеобразного атмосферного слоя.
По расчетам ученых ядра Урана и Нептуна в 1.5 раза больше Земли (радиус Земли 6 371 км).
Сердцевину обеих планет составляют соединения кремния. Уран имеет ядро с включением железа и никеля, а у Нептуна предполагается наличие каменно-ледяного ядра.
Илл.-7. Строение Урана и Нептуна
Мантия у той и другой планеты занимает больше половины объема каждой. Она состоит из водяного, аммиачного и метанового льдов с примесью камня. Однако в данном случае подо льдами стоит понимать не холодное твердое агрегатное состояние воды и летучих веществ, а, вероятно, их жидкую и плотную смесь, причем очень и очень горячую (температура может достигать несколько тысяч градусов) и обладающую высокой электропроводимостью. Плотность ледяной смеси обусловлена колоссальным давлением, которое в миллионы раз превышает атмосферное давление на нашей планете и не дает возможности испарению веществ.
Ученые предполагают, что в самых глубинах Нептуна из метана образуется океан алмазных кристаллов, которые «выпадают» на ядро планеты.
Ледяная мантия Урана и Нептуна плавно переходит в атмосферу, поскольку эти планеты не имеют твердой поверхности, как таковой. Сравнительное деление структуры газовых планет на слои связано с концентрацией в них разных веществ, их физическим состоянием, изменением давления от центра к периферии. Толщина атмосферного слоя планет составляет примерно пятую часть от их общего радиуса. Атмосфера ледяных гигантов представлена в большей степени водородом и гелием, а также метаном. И именно метан придает «небесному» и «морскому» гигантам голубоватые оттенки.
На планетах дуют очень сильные ветры, но при этом в одних поясах они дуют по направлению вращения планеты вокруг своей оси, а в других – против.
В атмосфере планет имеются облака; на Нептуне они встречаются гораздо чаще и состоят из аммиака, сероводорода, воды.
Температура на самых дальних планетах Солнечной системы переваливает за минус 200 °С.
Илл-8. Облака на Нептуне
То, что львиная доля планетного материала Урана и Нептуна приходится на ледяную мантию, и дает им право называться ледяными гигантами Солнечной системы, в отличие от других газовых планет, Юпитера и Сатурна, основу которых составляет водород в том или ином виде. Но если в отношении гигантов Урана и Нептуна понятие «ледяной» носит условный характер, то спутники газовых планет нашей Солнечной системы поистине являются властелинами льда. Тритон и Энцелад, спутники Нептуна и Сатурна, станут героями следующей статьи из серии «Космический лед. Часть шестая: Ледяные извержения».
Илл. 9. Ледяной гигант Нептун и его ледяной спутник Тритон.
Илл-9. Ледяной гигант Нептун и его ледяной спутник Тритон
До новых встреч на страницах нашего блога, дорогие друзья!