Чем кольца сатурна отличаются от колец юпитера урана и нептуна кратко

Обновлено: 02.07.2024

Какие планеты относятся к планетам-гигантам

Планетами-гигантами (еще их называют планетами Юпитерианской группы) считаются такие планеты как Сатурн, Нептун, Уран и Юпитер.

Юпитер – крупнейшая планета в Солнечной системе, он занимает пятое место по дальности расположения от Солнца – 5,2 а.е. Эта планета выделяет тепловое радиоизлучение, имеет пояс радиации и широкую магнитную сферу. У Юпитера есть 69 спутников и кольцо с шириной примерно 6 000 километров.

Сатурн занимает второе место в Солнечной системе по своим размерам. Его окружают кольца, неплохо заметные посредством телескопа. Первым их увидел Галилей в XVII веке, когда создал свой телескоп. Сами по себе кольца плоские, включают в себя различные небольшие спутники Сатурна, всего спутников 62. У планеты есть собственный пояс радиации.

Нептун находится дальше всего от Солнца из рассмотренных планет, примерно 30 а.е. Период вращения составляет почти 165 лет. У него в наличии 6 спутников. Из-за того, что Нептун расположен довольно далеко от земной поверхности, исследовать его довольно затруднительно.

Характеристика планет-гигантов

Все планеты, входящие в состав этой категории, и особенно Юпитер, обладают колоссальной массой и размерами. Например, Юпитер больше по размеру, чем наша родная планета, примерно в 1,5 тыс. раз, а по массе – свыше, чем в 300 раз.

Все эти планеты с достаточно большой скоростью обращаются вокруг собственной оси. Например, огромному Юпитеру необходимо меньше десятка часов, чтобы сделать целый виток. В это время зона экватора имеет большую скорость обращения, нежели зона полюсов, то есть как раз там, где максимум линейного перемещения точки, когда она движется вокруг оси, максимум и углового перемещения. Результатом большой скорости обращения является то, что планета-гигант сильно сжата. Это можно заметить, просто посмотрев на нее.

Планета-гигант расположена вдали от центра солнечной системы, и не важно, как сменяются сезонные периоды, здесь всегда наблюдается пониженная температура. Например, на Юпитере время года не сменяется совершенно, потому как его ось находится почти под прямым углом к орбитальной плоскости. Интересно сменяются сезоны на Уране, потому как его ось находится под наклоном к орбитальным плоскостям под углом, составляющим 8 градусов.

Одна из отличительных особенностей планет рассматриваемой категории – наличие большого числа спутников. У Юпитера на момент подсчета в 2001 году было замечено 28 спутников. у Сатурна – три десятка, Урана – 21 и лишь у Нептуна их относительно немного – всего 8. Любопытное свойство планеты-гиганта составляет ее кольцо, оно открыто как у Сатурна, так и у остальных планет этой категории.

Одна из главных черт в строении планеты-гиганта – отсутствие твердой поверхности. Это свойство хорошо соответствует с небольшими средними частотами данных планет. Поэтому все то, что можно увидеть у самых больших планет, происходит в их соответствующих атмосферных слоях. На поверхности Юпитера можно заметить полоски, протянувшиеся по экваториальной зоне. В высшем слое Юпитера, который вобрал в себя гелий и водород, в качестве примесей можно заметить химические соединения, углеводородные элементы, а также разнообразные вещества, которые могут придать коричневые, красноватые и желтые оттенки атмосферным компонентам. В этом плане, по химическим свойствам, планеты данной категории сильно отличаются от представителей земной категории.

Что общего у планет-гигантов

Изучив свойства планет Юпитерианской группы, можно выявить основные общие свойства, характерные для каждого представителя:

нет твердой оболочки;
колоссальный объем, большая часть которого состоит из водородных соединений;
при огромной массе крайне низкий уровень плотности;
скорость обращения по оси настолько велика, что планета сжимается;
наличие кольцевых систем;
множество спутников.

Чем отличаются планеты-гиганты от планет земной группы

Планеты земной группы имеют весомые отличия от планет-гигантов, прежде всего, по физическим качествам. Это происходит в основном из-за дальности расположения от Солнца и массы этих объектов.

Планеты земной группы располагаются на меньшем расстоянии от Солнца, поэтому к ним поступает больше энергетических запасов, поверхности более подвержены нагреванию посредством лучей солнца. Чем ближе расстояние планеты к центру Солнечной системы, тем выше температурные условия на ней. Кроме того, планеты различаются по химическому содержанию. Представители земного типа имеют низкое число легких газов, но много тугоплавких элементов. А вот планеты типа Юпитер наделены не большой плотностью, потому как в составе имеют лишь легкие вещества, например, гелий и водород.

Планетарная масса зависит от того, есть ли на поверхности атмосфера, и если есть, какова она по своим свойствам. У планеты гравитация тем больше, чем больше ее масса. Если сила притяжения слабеет, то планета ускоренно теряет атмосферу. Атмосферный состав и характер плотности зависит расстояние от центра Солнечной системы.

Скорость обращения вокруг своей оси у планет Юпитерианской группы выше, нежели у остальных представителей. Благодаря тому, что вращаются они очень быстро, форма гигантских планет отлична от шарообразной, она сжата. У этих планет большое число спутников, а также есть кольцевые системы, но эти же качества не присущи представителям планет типа Земля. Есть лишь пара марсианских спутников и один земной.

Особенности планет-гигантов

Масса каждого из представителей этой группы в разы превышает массу всех представителей типа Земля вместе взятых. Но плотность гигантских планет очень мала, даже не выше, чем у воды. Это происходит потому, что планеты типа Юпитер представляют собой, по сути, огромные шары газа. Именно по этой причине ни у кого не получится ступить на поверхность каждой из них. Но все же, благодаря тому, что планета сильно сжата, что происходит под воздействием гравитации, гигантские планеты обладают твердым ядром с замороженной оболочкой.

Все планеты Юпитерианской группы обладают десятками спутников, к тому же множество из них по размерам превосходят земной спутник. Любопытно, что качества спутников гигантов сильно похожи на планеты земной группы, например, у многих представителей есть твердая поверхность.

Помимо всего прочего, каждую из планет Юпитерианской группы окружают кольца, включающие в себя многочисленные космические объекты.

Атмосфера планет-гигантов

Неизвестно, как представлена внешне оболочка гигантских планет. В их атмосферных слоях можно разглядеть лишь полоски облаков, которые тянутся вдоль экватора благодаря направлению, в котором планета вращается. Атмосфера планет Юпитерианской группы включает в себя в основном аммиачные и метановые частицы, в составе которых присутствует водород. Исходя из исследований, водород – основная составляющая этого типа планет, в особенности Юпитера. Внутри планет вещество сжимается до плотности, которая в десятки раз выше плотности воды. Ученые считают, что оболочку гигантских планет составляют лед и газы, которые замерзли. Это случилось, потому что по расчетам и измерениям температура атмосферных слоев этой планеты составляет 138 градусов ниже нуля, а у планет, которые расположены еще дальше от центра солнечной системы, этот показатель еще ниже.

Спутники планет-гигантов

У любой планеты этой группы есть свои спутники, причем в многочисленном количестве. Особенно много их у Юпитера и Сатурна. Причем постоянно открываются и исследуются новые спутники, поэтому их число время от времени растет. Минимальные объемы и массу спутников не установили, из-за чего у Сатурна эти показатели приблизительные: если рядом с ним находят объект диаметром около 30 метров, то считать его спутником или все-таки частью кольцевой системы?

Среди спутников гигантских планет тех, которые небольших размеров, гораздо больше, чем те, что огромные. Маленькие спутники – это обычно глыбы, не сформированные в шар, чаще всего они ледяные. При размере меньше 500 километров, они не могут при помощи собственных гравитационных сил стать правильной формы. На вид они напоминают астероиды и ядра комет. Возможно, что какие-то из них как раз и являются чем-то подобным, потому что их движение происходит вдалеке от планет, причем по довольно необычным орбитальным направлениям. Планета, возможно, присвоила их, а спустя какой-то временной период может снова лишиться. Небольшие спутники, которые похожи на астероиды, еще довольно плохо исследованы.

Каждый небольшой спутник имеет на себе множественные отметины от ударов. Это происходит потому, что иногда между ними, а также между оказавшимися случайно в этом месте телами происходят столкновения. Частицы могут стать раздробленными или же, наоборот, соединиться в одно целое. Именно по этой причине выяснить их историческое возникновение – дело очень затруднительное. Но все же среди массы спутников есть и такие, которые связаны с планетой на уровне генетики, потому как их движение происходит неподалеку от планеты в плоскости экватора. Поэтому, скорее всего, такие спутники имеют то же происхождение, что и планеты, к которым они пристроены.

Наиболее интересны большие спутники-планеты. Юпитер имеет в наличии четыре подобных спутника, а у Сатурна – один. Эти спутники по своим свойствам практически невозможно отличить от обычных планет. Просто они двигаются не только под солнечным контролем, но и под контролем более крупными планетами.

Кольца планет-гигантов

Всем известно, что планета, у которой есть кольцо, – это Сатурн. Но при детальном изучении можно узнать, что кольцами обладают все планеты Юпитерианской группы. С земной поверхности они не видны. К примеру, кольцо Юпитера нельзя заметить посредством телескопа, но можно взглянуть на него, используя контровое освещение, когда зонд видит планету с обратной от дневной стороны. Его кольцевая система содержит темные и маленькие части, которые по размеру как протяженность световой волны. Они почти не способны отразить свет, но способны к его рассеиванию.

Нептун и Уран оснащены тонкими кольцами. По сути идентичных колец у этих планет не бывает, они все имеют отличия. Шутя, можно сказать, что даже наша планета имеет свое собственное кольцо, но только оно не природное, а рукотворное, состоящее из множества спутников, которые находятся на орбите.

Почти невозможно уловить какую-нибудь связь между кольцевыми свойствами. Кольца Сатурна по цвету белоснежные, а остальные очень темные. У Юпитера все составляющие элементы кольцевой системы довольно толстые.

Кольцевая толщина при их огромном диаметре в тысячи км удивительно маленькая. Если провести аналогию кольцевой системы Сатурна с бумажным листом, то при его обычной толщине, он был бы размером с поле для футбола.

Каждая гигантская планета обладает собственным кольцом, происхождение которого наука пока что точно не установила. Чаще всего кольца расположены в области экватора и совершают обороты в идентичную с планетой сторону.

Характеристики поверхности планет-гигантов

Отличительной чертой гигантских планет нашей системы является то, что эти космические тела не обладают поверхностью как таковой, потому что их атмосферные слои перетекают в консистенцию жидкости. Во внутренней части планет есть относительно малое по размерам ядро, но оно превышает по объемам любого из представителей, входящих в категорию планет типа Земля.

Химический состав планет-гигантов

Сатурн и Юпитер имеют в своем составе легкие вещества, такие, как водород и гелий. Нептун и Уран в огромном количестве обладают аммиаком, метаном и еще некоторые не очень тяжелые элементы. У них также имеются и другие компоненты, правда, их количество значительно ниже. Исследователи выяснили, что если растет масса планеты, то вырастает и его атмосферный слой. Поэтому наиболее широкой атмосферой наделены все планеты кроме Сатурна, потому как они схожи по своим параметрам. Различие в перечне химического состава объектов обуславливается эволюционным развитием нашей системы планет.

Строение и плотность планет-гигантов

Как уже было отмечено ранее, главной чертой в строении представителей Юпитерианской группы является то, что они не обладают твердой оболочкой, а в имеют лишь легкие вещества в своем составе: гелий и водород. Все, что возможно разглядеть на них, творится в атмосферных слоях. На поверхности Юпитера можно увидеть полоски, которые видны даже в маленькие телескопы. Эти полоски протяженны вдоль экваториальной линии. В высших слоях атмосферы этой планеты можно обнаружить элементы, которые красят атмосферные части в разные оттенки. Плотность же гигантских планет в несколько раз меньше плотности представителей земной группы.

Фото: NASA

Как образовались кольца Сатурна? Почему темные каменистые кольца Урана и Нептуна так разительно отличаются от сверкающих ледяных колец Сатурна? В надежде найти истину в вопросе происхождения колец вокруг планет-гигантов, группа астрономов из Франции и Японии создала модель, которая помогла разгадать загадку формирования планетарных колец.

Моделирование, проведенное Рёки Хёдо, показало, что в окрестностях планеты-гиганта космические тела буквально разрываются приливными силами, причем примерно 10% образовавшихся обломков остается на орбите вокруг гиганта.

Эти обломки космических тел первоначально могли быть довольно крупными, но со временем они продолжают разрушаться и превращаются в почти кольцевое облако мелких фрагментов, расположенное в экваториальной плоскости планеты.

Модель объясняет и отличие колец Сатурна от колец Урана и Нептуна. Когда космический объект приближался к Урану, происходил более эффективный захват каменистого материала. Сатурну же удавалось захватывать главным образом лед. Подробности этой научной работы можно найти в оригинальной статье.

Сатурн, конечно, выпендривается больше всего, но он всё же не единственная планета в Солнечной системе с кольцами. Тринадцать колец Урана недавно явили себя во всей красе, когда подпортили термальный снимок ледяной планеты.

Впервые ученым удалось определить температуру этих колец и подтвердить, что главное кольцо — кольцо эпсилон — не похоже ни на одно другое кольцо в Солнечной системе.

Обычно на иллюстрациях нашей системы только Сатурн изображают с кольцами. Причина в том, что кольца Урана, Юпитера и Нептуна можно разглядеть лишь с помощью очень мощных телескопов и через аппараты вроде Юноны.

Сколько же у них колец? У Юпитера четыре кольца, у Нептуна пять, у Сатурна тысячи.

Что же касается Урана, мы не так уж много знаем о его кольцах, потому что они отражают очень мало света в оптическом и в ближнем ИК-диапазоне вол. Именно в этом диапазоне обычно изучают объекты Солнечной системы. Кольца настолько тусклые, что обнаружили их лишь в 1977 году. (Кольца Юпитера нашли еще позже, в 1979 году, кольца Нептуна — в 1984 году.)

Поэтому астрономы немного удивились, когда увидели кольца на термальных снимках, по которым вообще-то собирались изучать температурную структуру атмосферы планеты. Ярче всех светилось кольца эпсилон.

Так как снимок был термальным, команда смогла впервые измерить температуру колец: всего 77 Кельвинов, точка кипения жидкого азота в условиях нормального атмосферного давления. Температура поверхности Урана опускается до 47 Кельвинов.

Ученым удалось также подтвердить, что кольца ледяной планеты отличаются от других колец системы. Еще когда Вояджер 2 пролетел мимо Урана в 1986 году и отправил на Землю несколько снимков, ученые заметили, что в кольцах Урана чего-то не хватает.

У Сатурна кольца состоят из обломков самого разного размера: от пыли до булыжников. У Юпитера и Нептуна тоже очень пыльные кольца.

У Урана же мелкие частицы находятся между кольцами, а сами кольца состоят из крупных камней, размером минимум с мяч для гольфа.

Астроном Эдвард Молтер из Калифорнийского университета в Беркли, признает , что ученые пока что не знают, почему это происходит:

Мы не видим мелкие частицы. Что-то сметает их. Мы не знаем. Но это шаг вперед в нашем понимании состава [колец] и источника их происхождения: один ли это источник или для каждого кольца свой.

Возможно, источник — это обломки от столкновений с лунами, или же астероиды, которые застряли в поле притяжения планеты и каким-то образом разломились на мелкие камни. Возможно, конечно, это обломки со времен формирования Урана, но эта версия слишком маловероятна, потому что кольцам, скорее всего, около 600 миллионов лет. Зато это могут быть обломки от теоретического мощного столкновения, которое сбило планету набок.

Самой вероятной версией считаются твердые объекты на орбите, которые расщепились на обломки в ходе столкновений или просто под воздействием приливных сил.

Но это еще не все. Состав колец тоже вызывает немало вопросов. Как объясняет Молтер, они слишком не похожи на другие кольца, чтобы состав был тем же:

Альбедо намного ниже: они слишком темные, как уголь. А еще они необычайно узкие по сравнению с кольцами Сатурна. Самое широкое кольцо — эпсилон — в ширину от 20 до 100 километров, в то время как у Сатурна ширина колец достигает сотен и десятков тысяч километров.

Поэтому, несмотря на новые снимки, кольца Урана остаются огромной загадкой. Возможно, частично их тайны поможет разгадать космический телескоп Джеймса Уэбба, который отправится ввысь в 2021 году.

— Научная статья была принята к публикации в The Astrophysical Journal и выложена в свободный доступ на arXiv .

Одной из отличительных черт планет-гигантов Солнечной системы является наличие системы колец. Долгое время считалось, что кольца есть лишь у Сатурна, однако в период с 1977 по 1989 г. они были обнаружены также и у Юпитера, Урана и Нептуна. Что представляют собой эти структуры и каково их строение?

Кольца состоят из множества твердых частиц, чей размер может колебаться от нескольких микрометров до десятков метров. Кольца находятся в точности над экватором своей планеты, ведь любое другое их положение является неустойчивым. На лед приходится почти 99 % материала колец Сатурна, у других же колец химический состав не определен столь точно. Толщина колец может колебаться от одного км до десятков тысяч км.

Кольца имеют очень сложную структуру. Собственно кольца чередуются с пустыми пространствами. Ещё Кассини в 1675 г. обнаружил щель между кольцами Сатурна, которая имеет ширину 4700 км и носит сегодня его имя. Доказано, что частицы, расположенные к Сатурну ближе, чем щель Кассини, постепенно падают на планету, в то время как остальные частички медленно удаляются. Таким образом, цель растет в своих размерах. Четыре основных кольца Сатурна обозначают буквами латинского алфавита – A, B, C и D, однако внутри них можно выделить десятки более мелких колец.

У Урана на сегодня обнаружено 13 колец, они отличаются своим крайне темным цветом. У Юпитера выделяют 4 кольца, причем их положение связано с орбитами спутников Адрастея, Амальтея и Фива. У Нептуна астрономы насчитывают 5 колец, которые носят имена Адамса, Леверье, Галле, Араго и Ласселла.

Читайте также: