Агрегатное состояние преобладающего вещества планет гигантов кратко

Обновлено: 04.07.2024

Заполнив таблицу, сделайте выводы и укажите сходства и различия между планетами-гигантами.

Выводы: Это газообразные тела с мощным протяжёнными атмосферами, быстро вращаются вокруг своих осей, имеют много спутников, также все они обладают кольцами. У планет-гигантов нет ни твёрдой не жидкой поверхности. Основные компоненты всех планет-гигантов — гелий и водород.

Характеристики	Планеты земной группы	Планеты-гиганты
Расстояние от Солнца	Близко	Далеко
Размер	Малые	Большие
Масса	Малая	Большая
Плотность	Высокая	Низкая
Атмосфера	Слабая или от	Мощная
Спутники / кольца	Мало или нет / нет	Много / есть

Вывод: Планеты земной группы обладают значительно меньшими массами и размерами, но большей плотностью, не имеют колец. Они ближе расположены к Солнцу и быстрее движутся по своим орбитам, но медленнее вращаются вокруг своей оси и меньше сжаты у полюсах. Также они имеют значительно меньше спутников.

3. Закончите предложения.

Особенностью вращения планет-гигантов вокруг оси является то, что они вращаются слоями: слой планеты вблизи экватора вращается быстрее других слоёв.

Наличие у Юпитера и Сатурна плотных и протяжённых атмосфер объясняется тем, что при формировании они быстро достигли такой массы, чтобы удержать больше кислорода.

Спутник Сатурна Титан обладает мощной атмосферой, состоящей в основном из азота.

Планеты-гиганты имеют малую среднюю плотность по причине того, что их атмосферы имеют в основном водородо-гелевый состав.

Существование колец обнаружено у следующих планет-гигантов: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Юпитер излучает значительно больше тепловой энергии, чем получает её от Солнца. Причиной этого можно считать постепенное сжатие планеты и процесса радиоактивного распада в её недрах.

4. Звёздный период вращения Сатурна вокруг Солнца T = 29.5 года. Какого среднее расстояние от Сатурна до Солнца?

5. Какой вид будет иметь кольцо Сатурна для наблюдателя, находящегося на экваторе и на полюсах Сатурна?

Местоположение наблюдателя	Вид кольца Сатурна для наблюдателя
На экваторе Сатурна	В виде очень узкой полосы
На полюсах Сатурна	Не видны

6. Закончите предложения, касающиеся внутреннего строения планет-гигантов.

У планет Юпитер и Сатурн между центральным ядром и протяжённой атмосферой имеется оболочка со свойствами металла.

Планеты-гиганты, как и Земля, обладают магнитным полем, напряжённость которого

у Юпитера в 12 раз выше, чем у Земли;
у Сатурна близка к земной;
у Урана примерно равна земной;
у Нептуна в 3 раза меньше, чем у Земли.

Полярные сияния были отмечены у следующих планет-гигантов: Юпитер, Сатурн и Уран.

Планеты Солнечной Системы весьма сильно разнятся между собой как по химическому составу, так и по агрегатному состоянию.

Если сравнивать планеты, не разделяя их на планеты земной группы и газовые гиганты, то возникнет слегка парадоксальная, но при этом логичная ситуация: так как Юпитер и Сатурн по массе составляют почти 92,5% планет Солнечной Системы, то таким образом преобладающими хим. элементами станут водород и гелий, из которых состоят атмосферы этих гигантов, а агрегатным состоянием будет газ и сжиженный газ.

С разделением на группы все становится несколько более понятным.

Планеты земной группы - Меркурий, Венера, Земля, Марс.

Доподлинно известно только о распространении хим. элементов на Земле, данных об остальных планетах крайне мало, чтобы что-то полноценно утверждать. Так что пойдет разговор только о группах элементов. Итак, для планет земной группы наиболее характерны металлы и кислород. Агрегатное состояние - твердое тело (в ядрах - ближе к расплаву).

Планеты-гиганты - Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

Наиболее изучена только атмосфера Юпитера, частично Сатурна, данные об атмосферах Урана и Нептуна есть только с наземных телескопов, т. к. целенаправленно эти планеты зондами не посещались (Вояджеры просто пролетели мимо). Так же неизвестен подлинный состав недр всех газовых гигантов, есть лишь теории, наподобие того, что "в атмосфере Нептуна идут дожди из алмазов" (пока нет эмпирических доказательств, теория остается теорией). Итак, химический состав атмосфер газовых гигантов: преобладают водород и гелий. Агрегатное состояние - газ и сжиженный газ.

В группу планет гигантов входят: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Все эти планеты (и особенно Юпитер) имеют большие размеры и массы. Например, по объему Юпитер превосходит Землю почти в 1320 раз, а по массе — в 318 раз.

Планеты-гиганты очень быстро вращаются вокруг своих осей; менее 10 ч требуется огромному Юпитеру, чтобы совершить один оборот. Причем экваториальные зоны планет-гигантов вращаются быстрее, чем полярные, т. е. там, где максимальны линейные скорости точек в их движении вокруг оси, максимальны и угловые скорости. Результат быстрого вращения — большое сжатие планет-гигантов (заметное при визуальных наблюдениях). Разность экваториального и полярного радиусов Земли составляет 21 км, а у Юпитера она равна 4400 км.

Планеты-гиганты находятся далеко от Солнца, и независимо от характера смены времен года на них всегда господствуют низкие температуры. На Юпитере вообще нет смены времен года, поскольку ось этой планеты почти перпендикулярна к плоскости ее орбиты. Своеобразно происходит смена времен года и на планете Уран, так как ось этой планеты наклонена к плоскости орбиты под углом 8°.

Планеты-гиганты отличаются большим числом спутников; у Юпитера к середине 2001 года их обнаружено уже 28, Сатурна — 30, Урана — 21 и только у Нептуна — 8. Замечательная особенность планет-гигантов — кольца, которые открыты не только у Сатурна, но и у Юпитера, Урана и Нептуна.

Важнейшая особенность строения планет-гигантов заключается в том, что эти планеты не имеют твердых поверхностей. Такое представление хорошо согласуется с малыми средними плотностями планет-гигантов, их химическим составом (они состоят в основном из легких элементов — водорода и гелия), быстрым зональным вращением и некоторыми другими данными. Следовательно, все, что удается рассмотреть на Юпитере и Сатурне (на более далеких планетах детали вообще не видны), происходит в протяженных атмосферах этих планет. На Юпитере даже в небольшие телескопы заметны полосы, вытянутые вдоль экватора. В верхних слоях водородно-гелиевой атмосферы Юпитера в виде примесей встречаются химические соединения (например, метан и аммиак), углеводороды (этан, ацетилен), а также различные соединения (в том числе содержащие фосфор и серу), окрашивающие детали атмосферы в красно-коричневые и желтые цвета. Таким образом, по своему химическому составу планеты-гиганты резко отличаются от планет земной группы. Это отличие связано с процессом образования планетной системы.

Вещество, находящееся под облачным слоем планет-гигантов, недоступно непосредственному наблюдению. О его свойствах можно судить по некоторым дополнительным данным. Например, предполагают, что в недрах планет-гигантов вещество должно иметь высокую температуру. Как же такой вывод был сделан? Во-первых, зная расстояние Юпитера от Солнца, вычислили количество теплоты, которое Юпитер от него получает. Во-вторых, определили отражательную способность атмосферы, что позволило узнать, сколько солнечной энергии планета отражает в космическое пространство. Наконец, вычислили температуру, которую должна иметь планета, находящаяся на известном расстоянии от Солнца. Она оказалась близкой к -160 С. Но температуру планеты можно определить и непосредственно, исследуя ее инфракрасное излучение с помощью наземной аппаратуры или приборов, установленных на борту АМС. Такие измерения показали, что температура Юпитера близка к -130 С, т. е. выше расчетной. Следовательно, Юпитер излучает энергии почти в 2 раза больше, чем получает от Солнца. Это и позволило сделать вывод о том, что планета обладает собственным источником энергии.

Совокупность всех имеющихся сведений о планетах-гигантах дает возможность построить модели внутреннего строения этих небесных тел, т. е. рассчитать, каковы плотность, давление и температура в их недрах. Например, температура вблизи центра Юпитера достигает нескольких десятков тысяч Кельвинов.

В отличие от планет земной группы, обладающих корой, мантией и ядром, на Юпитере газообразный водород, входящий в состав атмосферы, переходит в жидкую, а затем и в твердую (металлическую) фазу. Появление таких необычных агрегатных состояний водорода (в последнем случае он становится проводником электричества), связано с резким увеличением давления по мере погружения в глубину. Так, на глубине, несколько большей 0.9 радиуса планеты, давление достигает 40 млн. атмосфер.

Возможно, что с быстрым вращением проводящего ток вещества, находящегося в центральных областях планет-гигантов, связано существование значительных магнитных полей этих планет. Особенно велико магнитное поле Юпитера. Оно во много раз превосходит магнитное поле Земли, причем полярность его обратна земной (у Земли вблизи северного географического полюса расположен южный магнитный). Магнитное поле планеты улавливает летящие от Солнца заряженные частицы (ионы, протоны, электроны и др.), которые образуют вокруг планеты пояса частиц высоких энергий, называемые радиационными поясами. Такие пояса из всех планет земной группы есть только у нашей планеты. Радиационный пояс Юпитера простирается на расстояние до 2,5 млн. км. Он в десятки тысяч раз интенсивнее земного. Электрически заряженные частицы, движущиеся в радиационном поясе Юпитера, излучают радиоволны в диапазоне дециметровых и декаметровых волн. Как и на Земле, на Юпитере наблюдаются полярные сияния, связанные с прорывом заряженных частиц из радиационных поясов в атмосферу, а также мощные электрические разряды в атмосфере (грозы).

Планеты гиганты, или внешние планеты расположены за пределами пояса астероидов. К ним относится Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун – это самые большие, после Солнца, объекты в нашей Солнечной системе.

В отличие от планет земной группы, имеющих твёрдую поверхность, эти планеты газовые гиганты, состоящие, главным образом, из водорода и гелия. Уран и Нептун содержат также метан и угарный газ. Огромные их размеры (например, экваториальный радиус Юпитера в 11,2 раза больше радиуса Земли) позволяют им иметь большое количество спутников, а также кольца. Состоят эти кольца из небольших камней разного размера и льда. Самые знаменитые кольца у Сатурна. В остальных планет гигантов они еле заметны.

Не стоит упускать из виду, что данные планеты обладают мощными атмосферами и быстрым вращением вокруг своих осей. Особенно это хорошо наблюдается у Юпитера.

Некоторые характеристики планет гигантов изложены в таблице ниже.

Название планеты	Юпитер	Сатурн	Уран	Нептун
Расстояние от Солнца, км.	7,785472•10 8	1433449370	2876679082	4503443661
Период обращение вокруг оси	9,925 часа	10ч 34мин	0,71833 сут.	0,6653 сут.
Период обращение вокруг Солнца, лет	11,8	29,46	84,01	164,79
Эксцентриситет	0,048775	0,055723	0,044405	0,011214
Орбитальная скорость, км/с	13,07	9,69	6,81	5,43
Число спутников, шт	67	62	27	14
Экваториальный радиус, км.	71492	60268	25559	24764
Объём, км 3	1,43128•10 15	8,2713•10 14	6,833•10 13	6,254•10 13
Масса, кг.	1,8986•10 27	5,6846•10 26	8,6832•10 25	1,0243•10 26
Средняя плотность, г/см 3	1,326	0,687	1,27	1,638

Юпитер

Юпитер – пятая по счёту планета, от Солнца, является самой большой планетой Солнечной системы. Масса Юпитера превышает массу всех остальных планет, вместе взятых, в 2,47 раз, и в 317 раз – земную массу. Сила тяжести на поверхности Юпитера (обычно, за его поверхность принимают верхний слой его же облаков) в 2,4 раза больше чем на Земле. Другими словами, любое тело, весом в 100 кг., на поверхности Юпитера будет весить 240 кг., по земным меркам. Ускорение свободного падения здесь равняется 24,79 м/с 2 (напомню, что на Земле g = 9,8 м/с 2 ).

Химический состав внутренних слоёв планеты точно определить, с Земли, невозможно. Однако хорошо известен состав его атмосферы. В основном там преобладает молекулярный водород и гелий. В малой степени существуют и такие соединения, как вода, метан, сероводород, аммиак и фосфин. Наличие, в тропосфере, этих соединений говорит о том, что атмосфера Юпитера также богата углеродом, азотом, серой и, скорее всего, ещё и кислородом. В незначительных количествах присутствуют арсин AsH₃ (не путать с арсеном) и герман GeH₄.

Атмосфера Юпитера состоит из трёх слоев:

внешний слой, состоит из водорода;
средний слой – 90% водорода и 10% гелия;
нижний слой, также состоит из водорода и гелия. Присутствуют примеси аммиака, гидросульфида аммония и воды.

Нижний слой атмосферы, в свою очередь, образует три слоя облаков:

верхний слой – оледеневший аммиак образует облака, с температурой, около – 145ºС и давлением, приблизительно в 1 атмосферу;
средний слой – облака из кристаллов гидросульфида аммония;
нижний слой – водяной лёд, и возможно жидкая вода (скорее всего в виде мельчайших капель). Давление здесь, около 1 атм. и температура в – 130ºС. Ниже этого уровня планета непрозрачна.

Вероятнее всего, ниже облаков находиться слой металлического водорода, толщиной в 42—46 тыс. км. Температура этого слоя от 6300К до 21000К, а давление от 200 до 4000 ГПа. Ещё ниже находиться каменное ядро.

У Юпитера есть 67 естественных спутников. Самые знаменитые из них – Ганимед, Каллисто, Европа, Ио. Их ещё называют галилеевыми спутниками.

Сатурн

Жемчужина, среди планет гигантов. Сатурн знаменит своими кольцами, которые видны даже через любительский телескоп.

Масса Сатурна в 95 раз превышает массу Земли и его плотность даже меньше плотности воды – это единственная планета, в которой наблюдается такое явление. Ускорение свободного падения не намного отличается от земного, и составляет 10,44 м/с 2 .

Верхний слой атмосферы Сатурна состоит из водорода (96,3%), 3,25% занимает гелий. Остальное приходиться на примеси аммиака, метана, этана, фосфина и других газов. Нижние части облаков состоят из гидросульфида аммония или воды.

В глубине атмосферы, по мере того, как растут давление и температура, водород переходит в жидкое состояние. А на глубине, примерно 30 тыс. км он металлизируется (давление там, около 3 млн. атм.). В центре планеты находиться массивное ядро, состоящие из силикатов, металлов, и, по некоторым предположением, льда. Температура ядра 11700 °C.

В атмосфере Сатурна дуют очень сильные ветра, скорость их достигает 500 км/с, что намного больше чем у Юпитера! Ветры здесь дуют, преимущественно, в восточном направлении и ослабевают при удалении от экватора, и в умеренных широтах ветер может поменяться с восточного на западный.

Сатурн имеет 62 естественных спутника. Крупнейшие из них – Титан, Мимас, Энцелад, Рея, Тефия, Диона и Япет.

Уран – седьмая планета Солнечной системы. Он тяжелее Земли в 14,6 раз и больше по размерам в 4 раза. Ускорение свободного падения составляет 8,87 м/с 2 . Средняя плотность немного меньше, чем в Юпитера и, почти, в два раза больше чем в Сатурна.

Уран обладает самой холодной атмосферой, чем иные планеты гиганты. Температура там составляет – 224ºС.

Как и у других планет гигантов, атмосфера Урана состоит из молекулярного водорода и гелия и, в меньшей степени, из метана. Обнаружены следы присутствия этана, метилацетилена и диацетелена. Спектроскопия атмосферы Урана обнаружила в её составе следы водяного пара, углекислого и угарного газа. Предполагается, что в глубине атмосферы планеты должны существовать такие соединения как вода, сероводород и аммиак. Но до конца это предположение не доказано.

Как и все планеты гиганты, Уран имеет большое число естественных спутников. Их у него 27. Крупнейшие из них – Миранда, Умбриэль, Оберон, Титания и Ариэль.

Нептун

Нептун – последняя планета Солнечной системы и самая маленькая в ряду планет гигантов. Он в 3,9 раза больше Земли и в 17,2 раза тяжелее.

Ускорение свободного падения на нём составляет 11,15 м/с 2 . Температура на Нептуне меняется в зависимости от давления и варьирует от – 145ºС (давление 0,1бар.) до – 200ºС (1 бар.).

Атмосфера, в верхних её слоях, состоит из водорода (80%) и гелия (19%) и малой части метана. Свой лазурный цвет Нептун имеет за счёт поглощения, именно, метаном красных лучей спектра. Но содержание метана в верхних атмосферных слоях Нептуна и Урана практически одинаковые. Только вот у Урана, при наблюдениях, совсем другой, аквамариновый цвет. Все это говорит о присутствии, в атмосфере Нептуна ещё какого-то элемента. Какого же, пока остается загадкой.

Глубже, при давлении от 1 до 5 бар. формируются облака из сероводорода и аммиака. При давлении больше 5 бар. облака состоят из воды, сульфида аммония, аммиака и сероводорода. Ещё глубже, при достижении давления в 50 бар. температура будет равняться 0ºС могут существовать облака из водяного льда, хотя не исключено, что при этих условиях будут существовать сероводородные и аммиачные облака. В самых нижних слоях атмосферы обнаружены объёмные концентрации воды, аммиака и метана.

Климат на Нептуне очень неспокойный, скорость ветра там может достигать 600 м/с! Большинство ветров на этой планете дуют в противоположную, от вращения самой планеты, сторону. Как и на Юпитере, на Нептуне тоже бушует огромный шторм – Большое тёмное пятно. Его размеры составляют 13000×6600 км.

Нептун имеет 14 природных спутников. Самые крупные из них это Тритон и Нереида.

Планеты гиганты нашей Солнечной системы это очень интереснейшая тема, которая требует дальнейшей разработки и новых открытий.

Астрономы делят все планеты Солнечной системы на две большие группы – землеподобные планеты и планеты-гиганты. Если первые во многом похожи на Землю, то гиганты – это совсем другие небесные тела.

Общая характеристика газовых гигантов

Главное отличие планет-гигантов заключается в том, что у них нет привычной нам твердой поверхности. Они представляют собой огромные шары, состоящие по большей части из газов. По этой причине их часто называют газовыми гигантами. Получается, что человеку никогда не удастся пройтись по поверхности Юпитера или Сатурна также, как по лунному грунту.

Однако всё же гиганты не состоят полностью из газов. Дело в том, что атмосфера по мере приближения к центру планеты становится всё более плотной, и в результате она переходит из газообразного состояния в жидкое. Однако четкой границы между океаном и атмосферой (как на Земле) у газовых гигантов нет. Кстати, состоит этот океан не из воды, а по большей части из жидкого водорода.

На ещё больших глубинах давление возрастает настолько высоко, что жидкий водород становится металлическим. Под слоем металлического водорода располагается ядро планеты, состоящее из предельно сжатых каменных пород.

Вторая важная особенность газовых гигантов – их огромные размеры. Самый маленький газовый гигант в Солнечной системе – это Нептун, чей средний радиус равен 24622 км. Для сравнения – наибольшей землеподобной планетой является сама Земля, чей радиус составляет всего 6371 км. Различие в массах ещё больше – Нептун в 17 раз тяжелее Земли. Самым же большим газовым гигантом является Юпитер. Его радиус оценивается в 69911 км, а масса превосходит земную почти в 318 раз.

Для Солнечной Системы характерно то, что все планеты-гиганты располагаются значительно дальше от центральной звезды, чем орбиты землеподобных планет. Если Марс, наиболее далекая от светила планета земной группы, никогда не удаляется от Солнца на расстояние, большее 250 млн км, то ближайший к звезде гигант, Юпитер, никогда не приближается к ней ближе, чем на 740 млн км. Вообще принято делить Солнечную систему на две области – внутреннюю, в которой расположены орбиты землеподобных планет, и внешнюю, где лежат орбиты гигантов.

Газовые гиганты отличаются тем, что день на них существенно короче, чем на Земле. Например, Юпитер совершает оборот вокруг своей оси примерно за 10 часов, а Нептун – за 16 часов. В то же время из-за большой удаленности от Солнца год на этих планетах длится очень долго. На Нептуне его продолжительность составляет 164 земных года. В результате один год на планетах-гигантах состоит из тысяч и даже десятков тысяч дней.

Планеты-гиганты обладают огромным количеством спутников. На 2020 г. известно о 79 спутниках Юпитера, 82 сателлитах у Сатурна, 27 лунах Урана и ещё о 14 нептунианских спутниках. В тоже время у 4 землеподобных планет в сумме есть только три сателлита: Луна (вращается вокруг Земли), Фобос и Деймос (принадлежат Марсу). Стоит отметить, что спутники газовых гигантов сильно отличаются по размеру, но крупнейшие из них (Ганимед и Титан) по своему радиусу превосходят Меркурий.

Помимо спутников гиганты обладают и кольцами. Впервые они были открыты у Сатурна ещё в 1656 г. с помощью обыкновенного телескопа с 50-кратным увеличением. Кольца остальных гигантов удалось обнаружить только во второй половине XX в., во многом благодаря пролету рядом с этими планетами космических зондов. Кольца гигантов представляют собой множество мелких частиц пыли и газа, которое всегда располагается в точности над экватором планеты.

В химическом составе планет-гигантов преобладает водород. Его доля может составлять от 80% (Нептун) до 96% (Сатурн). Вторым по распространенности элементом является гелий. На все остальные вещества приходится не более 2-3% массы планеты.

Читайте также: