Вследствие итогового индивидуального проекта по физике на тему "Солнечная система" учащиеся 9 класса изучили Солнце и планеты Солнечной системы, а также подробно рассказали о том, как астрономы изучали другие планеты Солнечной системы, и описали большое количество интересных фактов об этих планетах.

Подробнее о работе:

В процессе проведения работы над научно-исследовательской работой по физике (астрономии) на тему «Солнечная система» обучающиеся 9 класса собрали и систематизировали найденные полезные сведения о каждой из планет, описали историю их изучения, главные достижения исследователей в данном вопросе, дополнили работу иллюстрациями.

Индивидуальный исследовательский проект о солнечной системе, выполненный учениками 9 класса по физике (астрономии) отражает выводы о том, что с появлением новых технологий человечество ежегодно узнаёт много нового и интересного о Солнечной системе. При этом не исключено, что спустя несколько лет покорение космоса увеличится в геометрической прогрессии.

Оглавление

Введение

1. Солнечная система
2. Солнце
3. Меркурий
4. Венера
5. Марс
6. Юпитер
7. Сатурн
8. Уран
9. Нептун

Заключение

Цель работы: перечислить факты о всех планетах Солнечной системы, кроме Земли и вспомнить, как их изучали.

Объект исследования: Солнце и планеты Солнечной системы, кроме нашей

Задачи проекта: показать людям, как астрономы изучали другие планеты Солнечной системы, и рассказать факты об этих планетах.

Методы исследования: просматривание научных статей и перенесение их части в проект.

Актуальность исследования: сейчас тема космоса очень актуальна, потому что люди чаще интересуются им, а государства вкладывают огромные деньги в развитии космической сферы.

Проблема исследования: многие люди часто не хотят узнавать новое о планетах Солнечной системы.

Теоретическая и практическая значимость проекта: теперь люди могут не читать большие научные статьи, потому что всё собрано в одном проекте

Солнечная система - место, где жил, живёт и будет жить любой человек, которого вы когда-либо знали. Солнечная система – это место, которое ещё долго будет нашим родным домом и домом наших потомков. Солнечная система - планетная система, включающая в себя центральную звезду и все естественные космические объекты на гелиоцентрических орбитах. Она сформировалась путём гравитационного сжатия газопылевого облака примерно 4,57 млрд лет назад.

Солнечная система состоит из Солнца (центральной звезды); восьми планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун; из пяти карликовых планет: Церера, Плутон, Хаумеа, Макемаке, Эрида; а так же из астеродного пояса.

Солнце по спектральной классификации Солнце относится к типу G2V (жёлтый карлик). Средняя плотность Солнца составляет 1,4 г/см³ (в 1,4 раза больше, чем у воды). Эффективная температура поверхности Солнца - 5780 кельвин. Поэтому Солнце светит почти белым светом, но прямой свет Солнца у поверхности нашей планеты приобретает некоторый жёлтый оттенок из-за более сильного рассеяния и поглощения коротковолновой части спектра атмосферой Земли (при ясном небе, вместе с голубым рассеянным светом от неба, солнечный свет вновь даёт белое освещение)

Солнце принадлежит к первому типу звёздного населения. Одна из распространённых теорий возникновения Солнечной системы предполагает, что её формирование было вызвано взрывами одной или нескольких сверхновых звёзд. Это предположение основано, в частности, на том, что в веществе Солнечной системы содержится аномально большая доля золота и урана, которые могли бы быть результатом эндотермических реакций, вызванных этим взрывом, или ядерного превращения элементов путём поглощения нейтронов веществом массивной звезды второго поколения.

Считается, что Солнце сформировалось примерно 4,5 миллиарда лет назад, когда быстрое сжатие под действием сил гравитации облака молекулярного водорода (также, возможно, облака из смеси молекулярного водорода и атомов других химических элементов) привело к образованию в нашей области Галактики звезды первого типа звёздного населения типа T Тельца.

Звезда такой массы, как Солнце, должна существовать на главной последовательности в общей сложности примерно 10 млрд лет. Таким образом, сейчас Солнце находится примерно в середине своего жизненного цикла[22]. На современном этапе в солнечном ядре идут термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Каждую секунду в ядре Солнца около 4 миллионов тонн вещества превращается в энергию, в результате чего генерируется эквивалентное количество солнечного излучения и поток солнечных нейтрино.

По мере того, как Солнце постепенно расходует запасы своего водородного горючего, оно становится всё горячее, а его светимость медленно, но неуклонно увеличивается. К возрасту 5,6 млрд лет, через 1,1 млрд лет от настоящего времени, наше дневное светило будет ярче на 11 %, чем сейчас.

Уже в этот период, ещё до стадии красного гиганта, возможно исчезновение или кардинальное изменение жизни на Земле из-за повышения температуры поверхности планеты, вызванного увеличением яркости Солнца и парникового эффекта, индуцированного парами воды. К этому моменту Солнце достигнет максимальной поверхностной температуры (5800 К) за всё своё время эволюции в прошлом и будущем вплоть до фазы белого карлика; на следующих стадиях температура фотосферы будет меньше. Несмотря на прекращение жизни в её современном понимании, жизнь на планете может остаться в глубинах морей и океанов].

К возрасту 8 млрд лет (через 3,5 млрд лет от настоящего времени) яркость Солнца возрастёт на 40 %. К тому времени условия на Земле, возможно, будут подобны нынешним условиям на Венере: вода с поверхности планеты исчезнет полностью и улетучится в космос. Скорее всего, это приведёт к окончательному уничтожению всех наземных форм жизни. По мере того как водородное топливо в солнечном ядре будет выгорать, его внешняя оболочка будет расширяться, а ядро — сжиматься и нагреваться.

Когда Солнце достигнет возраста 10,9 млрд лет (6,4 млрд лет от настоящего времени), водород в ядре кончится, а образовавшийся из него гелий, ещё неспособный в этих условиях к термоядерному горению, станет сжиматься и уплотняться ввиду прекращения ранее поддерживавшего его «на весу» потока энергии из центра. Горение водорода будет продолжаться в тонком внешнем слое ядра. На этой стадии радиус Солнца достигнет 1,59 R⊙, а светимость будет в 2,21 раза больше современной.

В течение следующих 0,7 млрд лет Солнце будет относительно быстро расширяться (до 2,3 R⊙), сохраняя почти постоянную светимость, а его температура упадёт с 5500 K до 4900 K. В конце этой фазы, достигнув возраста 11,6 млрд лет (через 7 млрд лет от настоящего времени) Солнце станет субгигантом.

Приблизительно через 7,6—7,8 миллиарда лет, к возрасту 12,2 млрд лет, ядро Солнца разогреется настолько, что запустит процесс горения водорода в окружающей его оболочке. Это повлечёт за собой бурное расширение внешних оболочек светила, таким образом Солнце покинет главную последовательность, на которой оно находилось почти с момента своего рождения, и станет красным гигантом, перейдя на вершину ветви красных гигантов диаграммы Герцшпрунга — Рассела. В этой фазе радиус Солнца увеличится в 256 раз по сравнению с современным. Расширение звезды приведёт к сильному увеличению её светимости (в 2700 раз) и охлаждению поверхности до 2650 К. По-видимому, расширяющиеся внешние слои Солнца в это время достигнут современной орбиты Земли.

При этом исследования показывают, что ещё до этого момента из-за усиления солнечного ветра вследствие многократного увеличения площади поверхности Солнце потеряет более 28 % своей массы, и это приведёт к тому, что Земля перейдёт на более далёкую от Солнца орбиту, избежав, таким образом, поглощения внешними слоями солнечной плазмы. Хотя исследования 2008 года показывают, что Земля, скорее всего, будет поглощена Солнцем вследствие замедления вращения Солнца и последующих приливных взаимодействий с его внешней оболочкой, которые приведут к приближению орбиты Земли обратно к Солнцу. Даже если Земля избежит поглощения Солнцем, вся вода на ней перейдёт в газообразное состояние, а её атмосфера будет сорвана сильнейшим солнечным ветром[31].

Данная фаза существования Солнца продлится около 10 миллионов лет. Когда температура в ядре достигнет 100 млн К, произойдёт гелиевая вспышка, и начнётся термоядерная реакция синтеза углерода и кислорода из гелия. Солнце, получившее новый источник энергии, уменьшится в размере до 9,5 R⊙. Спустя 100—110 млн лет, когда запасы гелия иссякнут, повторится бурное расширение внешних оболочек звезды, и она снова станет красным гигантом. Этот период существования Солнца будет сопровождаться мощными вспышками, временами его светимость будет превышать современный уровень в 5200 раз. Это будет происходить от того, что в термоядерную реакцию будут вступать ранее не затронутые остатки гелия. В таком состоянии Солнце просуществует около 20 млн лет.

Масса Солнца недостаточна для того, чтобы его эволюция завершилась взрывом сверхновой. После того как Солнце пройдёт фазу красного гиганта, термические пульсации приведут к тому, что его внешняя оболочка будет сорвана, и из неё образуется планетарная туманность. В центре этой туманности останется сформированный из ядра Солнца белый карлик, очень горячий и плотный объект, по размерам сопоставимый с планетой Земля. Изначально этот белый карлик будет иметь температуру поверхности 120 000 К и светимость 3500 солнечных, но в течение многих миллионов и миллиардов лет будет остывать и угасать. Данный жизненный цикл считается типичным для звёзд малой и средней массы.

Меркурий является не только самой близкой к Солнцу планетой, но и самой маленькой. Название ему дали в честь древнеримского торговца Меркурия, так как движется планета быстрее остальных.
Но интересно то, что каждый народ называл Меркурий по-разному, например, в Древней Греции его называли Стилбоном (что переводится, как “Блеск”), а в Китае его называли Чэсь Синь (в переводе “Часовая звезда”).

Первым, кто решил пристально заняться Меркурием, был знаменитый итальянский астроном Джованни Скиапарелли. В 1889 году, после серии наблюдений, он составил карту планеты, обозначил замеченные тёмные пятна на её поверхности, но не решился дать им названия, ограничившись обозначениями в виде букв латинского алфавита. Зато он высказал предположение, что Меркурий совершает один оборот за 88 земных суток — за время, в точности равное периоду обращения планеты вокруг Солнца.

Тогда же англичанин Джордж Дарвин, второй сын великого естествоиспытателя Чарльза Дарвина, исследовал влияние приливных сил на вращение небесных тел и наконец-то сумел объяснить, почему мы видим только одну сторону Луны: её сутки синхронизированы с обращением вокруг Земли, что и даёт столь необычный наблюдательный эффект. Получалось, что Меркурий в этом аспекте похож на Луну — только «центральным» телом для него служит Солнце.

Гипотеза Скиапарелли быстро приобрела популярность среди астрономов, а как «факт», установленный наукой, её закрепил француз Эжен Антониади. Летом 1927 года он провёл тщательные наблюдения Меркурия и установил, что тёмные пятна, видимые на его поверхности, остаются неподвижными относительно земного наблюдателя. В дальнейшем Антониади, работавший на 83-сантиметровом рефракторе Мёдонского филиала Парижской обсерватории, нарисовал на основе своих наблюдений подробную карту видимого полушария планеты, которая была опубликована в 1934 году.

Он же предложил систему названий для Меркурия, ориентируясь на античную мифологию, с учётом того, что тёмные пятна на поверхности являются, скорее всего, пустынями серого цвета. К примеру, большое пятно в юго-восточной части полушария Антониади поименовал пустыней Гермеса Трисмегиста (Solitudo Herme Trismegisti) в честь легендарного и обожествляемого древнегреческого философа. С ней граничит пустыня Прометея (Solitudo Promethei). И так далее.

Что касается наличия атмосферы, то Скиапарелли заверял, будто бы наблюдал «дымку» и яркие пятна, меняющие положение, что, как считалось, указывает на существование газовой оболочки, в которой идёт процесс конденсации влаги. Антониади подтвердил выводы итальянца и сам описал «туманы» Меркурия, которые, наползая, периодически скрывают детали поверхности. Он сообщал, что эти атмосферные образования не заметны в центральных областях, а там, где они появляются, пустыня становится невидимой на несколько дней. Поскольку на полушарии, обращённом к Солнцу, царит адская жара, то там точно нет водяных паров, поэтому «туманы» представляют собой облака мелкой пыли, возносимые вверх сильнейшими ветрами, несущимися со светлой стороны на тёмную.

Хотя изучение спектров, полученных в то же самое время сотрудниками калифорнийской обсерватории Маунт-Вилсон, не выявило признаков каких-либо газов на Меркурии, описание, предложенное и обоснованное Антониади, стало общепринятым и быстро проникло в массовую культуру.

Сложившееся представление начало меняться только в 60-е годы, когда появились новые средства для изучения планет. В 1962 году астрономам удалось зафиксировать радиоизлучение Меркурия в микроволновом диапазоне, оказавшееся намного более интенсивным, чем предсказывала модель планеты, одна сторона которой всегда скрыта от Солнца. Разогреться она могла только при наличии плотной атмосферы с мощной циркуляцией. В 1965 году наблюдения с помощью 300-метрового радиотелескопа обсерватории Аресибо (Пуэрто-Рико) помогли установить, что на самом деле период вращения Меркурия составляет не 88, а 59 земных суток (в действительности — 58,65). То есть планета всё-таки полностью «прожаривается» Солнцем.

В качестве объяснения сразу возникла гипотеза, что Меркурий сравнительно недавно был природным спутником Венеры, ведь иначе приливное воздействие «синхронизировало» бы его. Другой, более правдоподобный вариант предложил итальянец Джузеппе (Бепи) Коломбо: на планету влияет дополнительный момент сил, возникающий вследствие её асимметрии относительно оси, — другими словами, Меркурий не находится во вращательном равновесии. Изучение зарисовок деталей поверхности планеты, сделанных наблюдателями прошлого, показало, что они вполне согласуются с периодом 59 суток, — астрономы просто ошиблись, возложив ответственность за исчезновение тёмных пятен на пылевые «туманы».

После того, как аппарат “Маринер-10”, запущенный 3 ноября 1973 года, подлетел к Меркурию, перед учёными предстал мир, который очень похож на Луну: множество кратеров различных размеров (с поперечником от 800 м до 120 км); светлые лучи, отходящие от них, что позволяет предположить ударное происхождение; длинные узкие долины и хребты; обширные равнины с поднятыми краями.

В южной части разглядели депрессию, как будто от планеты откололся большой кусок при столкновении с другим небесным телом. Северный полярный район оказался менее изрыт, чем южный. Важным открытием стало обнаружение слабенького магнитного поля и разрежённой атмосферы, состоящей из аргона, неона и гелия. Температура освещённого полушария, как и ожидали учёные, достигала 350°C, опускаясь на ночной стороне до −160°C.

Изучив снимки, планетологи пришли к заключению, что история развития Меркурия сходна с лунной. При этом, однако, следует учитывать, что он имеет гораздо большую плотность и металлическое ядро. Типичной оказалась и асимметрия в расположении кратерированных областей — такая же обнаружена на Луне и Марсе.

Составление новых карт потребовало и введения правил для присвоения наименований объектам меркурианской поверхности. В августе-сентябре 1976 года в Гренобле (Франция) прошла XVI Генеральная ассамблея Международного астрономического союза (МАС), на которой они были утверждены. С тех пор кратеры на Меркурии называют в честь деятелей гуманитарного направления: писателей, поэтов, художников, скульпторов, композиторов. Самые крупные получили имена Бетховен (диаметр — 625 км), Толстой (400 км), Достоевский (390 км), Рафаэль (350 км), Шекспир (350 км), Гёте (340 км), Гомер (320 км). Равнинам присваивают названия планеты на разных языках или имена богов, игравших в различных мифологиях роль, аналогичную Меркурию.

Например, древние египтяне называли эту планету Собкоу, скандинавы — Один, а японцы — Суйсей. Есть и исключения: Равнина Жары (расположена в области максимальных температур) и Равнина Северная (вблизи северного полюса).

Поскольку методы радиолокации широко используются при исследовании Меркурия, его долины именуют в честь обсерваторий с радиотелескопами: например, долина Аресибо, долина Симеиз и т.п. Большим уступам даны имена исследовательских морских судов, поскольку Гермес считался покровителем путешественников: уступ Адвенчер в честь одно из двух судов Джеймса Кука во время его второго плавания по Тихому океану, уступ Мирный в честь русского парусного шлюпа, экипаж которого открыл Антарктиду. Астрономы, изучавшие Меркурий, тоже увековечены в деталях рельефа: гряда Скиапарелли и гряда Антониади.

Благодаря великим астрономам и полётам космических аппаратов, мы многое знаем о Меркурии:
Например, масса Меркурия достигает 3,3022х1023 кг, а его диаметр составляет 4879 км.
У Меркурия эллиптическая орбита. В перигелии расстояние между ним и Солнцем составляет 46 млн километров, а в афелии – 70 млн.

Полный оборот вокруг своей оси Меркурий делает за 59 земных дней, а полный оборот вокруг Солнца за 88 земных дней

Вене́ра — вторая по удалённости от Солнца и шестая по размеру планета Солнечной системы, наряду с Меркурием, Землёй и Марсом принадлежащая к семейству планет земной группы. Названа в честь древнеримской богини любви Венеры. По ряду характеристик — например, по массе и размерам — Венера считается «сестрой» Земли. Венерианский год составляет 224,7 земных суток.

Венера не имеет естественных спутников. На земном небе Венера является третьим по яркости светилом после Солнца и Луны. Её яркость достигает видимой звёздной величины −4,6m и является достаточной, чтобы ночью отбрасывать различимые тени. Изредка Венера видна невооружённым глазом и в светлое время суток.

Исследование Венеры

Первым космическим аппаратом, предназначавшимся для изучения Венеры, был советский «Венера-1» (1961). После попытки достижения Венеры этим аппаратом, к планете направлялись советские аппараты серии «Венера», «Вега», американские «Маринер», «Пионер-Венера-1», «Пионер-Венера-2», «Магеллан», европейский «Венера-экспресс», японский «Акацуки».

«Венера-1» — советская автоматическая межпланетная станция (АМС), предназначенная для исследования планеты Венера. «Венера-1» стала первым космическим аппаратом, пролетевшим 19 и 20 мая 1961 года на близком расстоянии от Венеры. На разных этапах запуска иногда именовалась как «тяжёлый спутник 02» или «Спутник-8».

Автоматические межпланетные станции серии Ма́ринер (англ. Mariner, букв. «моряк»), запускались НАСА с 1962 по 1973 год с целью изучения Венеры (Маринер-1,2,5), Марса (Маринер-3,4,6,7,8,9) и Меркурия (Маринер-10). Маринеры 1—7 и 10 были пролётными аппаратами, Маринер-8 и Маринер-9 должны были стать искусственными спутниками Марса. Всего было запущено 10 космических аппаратов. Большинство космических аппаратов запускалось парами для снижения риска неудачи. Три запуска прошли аварийно и аппараты были потеряны при старте (Маринер-1,3,8); остальные Маринеры выполнили программы полёта.

Кто открыл Венеру?

Так как Венера очень яркая, ее с незапамятных времен наблюдали астрономы по всему миру. Таким образом, мы не знаем наверняка, кто открыл Венеру. Впрочем, Николаю Копернику и Галилео Галилею приписывают классификацию Венеры как планеты. Последний провел первое точное наблюдение Венеры в 1610 году: при помощи телескопа Галилей обнаружил фазы Венеры, похожие на лунные. Это открытие подтверждало теорию Коперника, согласно которой планеты вращаются вокруг Солнца, а не наоборот
Видна ли Венера с Земли?

Венеру легко увидеть невооруженным глазом, так как это второй по яркости объект на ночном небе после Луны. Однако, поскольку Венера находится ближе к Солнцу, чем Земля, свет Солнца большую часть времени скрывает планету от наблюдателя. Она становится видимой только в определенные промежутки времени. Лучшее время для наблюдения Венеры — это периоды ее наибольшей элонгации или, другими словами, наибольшего удаления от Солнца, если смотреть с Земли.

Наибольшая элонгация Венеры происходит примерно каждые 9 месяцев. Наибольшую западную элонгацию также называют утренней, так как в этот период Венера ярко сияет в предрассветном небе — отсюда и название “утренняя звезда”. И наоборот, наибольшая восточная элонгация называется вечерней, так как Венера появляется на небе после захода Солнца.

Марс — четвёртая по удалённости от Солнца и седьмая по размеру планета Солнечной системы; масса планеты составляет 10,7 % массы Земли. Названа в честь Марса — древнеримского бога войны, соответствующего древнегреческому Аресу. Также Марс называют красной планетой из-за красноватого оттенка поверхности, придаваемого ей минералом маггемитом — γ-оксидом железа(III).

Марс — планета земной группы с разреженной атмосферой (давление на поверхности в 160 раз меньше земного). Особенностями поверхностного рельефа Марса можно считать ударные кратеры наподобие лунных, а также вулканы, долины, пустыни и полярные ледниковые шапки наподобие земных.

У Марса есть два естественных спутника — Фобос и Деймос (в переводе с древнегреческого — «страх» и «ужас», имена двух сыновей Ареса, сопровождавших его в бою), которые относительно малы (Фобос — 26,8×22,4×18,4 км, Деймос — 15×12,2×10,4 км)[8][9] и имеют неправильную форму.

Фо́бос — один из двух спутников Марса (наряду с Деймосом).
Спутник был открыт американским астрономом Асафом Холлом в 1877 году[3] и назван в честь древнегреческого бога Фобоса (переводится как «Страх»), сына бога войны Ареса.

Фобос вращается на среднем расстоянии 6006 км от поверхности Марса и 2,77 радиуса Марса от центра планеты (9400 км), что в 41 раз меньше расстояния между центрами Земли и Луны (384 400 км); перицентр составляет 9235,6 км, апоцентр — 9518,8 км. Фобос делает оборот за 7 ч 39 мин 14 с, что примерно в три раза быстрее вращения Марса вокруг собственной оси. В результате на марсианском небе Фобос восходит на западе и заходит на востоке.
Фобос имеет форму, близкую к трёхосному эллипсоиду, большая ось которого аправлена на Марс[4]. Размеры Фобоса составляют 26,8×22,4×18,4 км.

Исследование и изучение Марса

Это научный процесс сбора, систематизации и сопоставления данных о четвёртой планете Солнечной системы. Процесс изучения охватывает различные области знания, в том числе астрономию, биологию, планетологию и другие.

Исследование Марса началось давно, ещё 3,5 тысячи лет назад, в Древнем Египте. Первые подробные отчёты о положении Марса были составлены вавилонскими астрономами, которые разработали ряд математических методов для предсказания положения планеты. Пользуясь данными египтян и вавилонян, древнегреческие (эллинистические) философы и астрономы разработали подробную геоцентрическую модель для объяснения движения планет.

Спустя несколько веков индийскими и исламскими астрономами был оценен размер Марса и расстояние до него от Земли. В XVI веке Николай Коперник предложил гелиоцентрическую модель для описания Солнечной системы с круговыми планетарными орбитами. Его результаты были пересмотрены Иоганном Кеплером, который ввел более точную эллиптическую орбиту Марса, совпадающую с наблюдаемой.

Первые телескопические наблюдения Марса были проведены Галилео Галилеем в 1610 году. В XVII веке астрономы обнаружили на планете различные области поверхности, отличающаяся от окружающих своей яркостью (точнее — отражательной способностью, альбедо), в том числе темное пятно моря Сырт и светлые полярные ледяные шапки. Также был определен период вращения планеты и наклон её оси. Телескопические наблюдения Марса в основном проводились, когда планета достигала оппозиции к Солнцу, то есть при наименьшем расстоянии между Марсом и Землей.

Улучшение качества оптики у телескопов в начале XIX века позволило провести картографирование поверхности. Первая карта Марса была опубликована в 1840 году, а более точное картографирование началось с 1877 года. Позже астрономами были обнаружены спектральные линии молекул воды в атмосфере Марса; из-за этого открытия среди широких слоев населения становится популярной мысль о возможности жизни на Марсе. Персиваль Лоуэлл считал, что увидел на Марсе сеть искусственных каналов. Эти наблюдения, как потом оказалось, были оптическими иллюзиями, а атмосфера у Марса оказалась слишком разреженной и сухой для поддержки климата земного типа.

История изучения

Планета хорошо заметна с Земли, из-за чего о ее существовании знали еще в Вавилоне в VIII веке до н.э. Птолемей во II веке создал геоцентрическую модель и определил, что Юпитер делает оборот вокруг Земли за 4332 дня. Спустя триста лет математик Ариабхата повторил опыты астронома и уточнил период обращения вплоть до часов.

В 1610-ом году Галилей с помощью телескопа рассмотрел газовый гигант и открыл четыре спутника, вращающихся вокруг него. Это натолкнуло ученого на мысль, что не все небесные объекты движутся вокруг Земли. Также благодаря этому была доказана справедливость гелиоцентрической модели, которая утверждает, что планеты движутся вокруг Солнца.

В 1660-х годах к изучению Юпитера приступил астроном Кассини, который использовал улучшенную модель телескопа, позволяющую добиться большего увеличения. Через 30 лет он подробно описал вращение гиганта вокруг своей оси, а также выделил зоны в атмосфере, которые вращаются с разными скоростями.

Генрих Швабе в 1831-ом году первым обнаружил Большое красное пятно. Ученый дал урагану подробное описание, однако ему не хватило данных, чтобы точно объяснить причину образования этого явления.

В 1892-ом году был открыт пятый спутник Юпитера – Альматея. Ее в телескоп разглядел Э. Бернард. В 1955-ом за счет радиоволн и их взаимодействия с объектами в пространстве была определена точная скорость вращения газового гиганта. Начиная со второй половины XIX века и по сей день ведется непрерывное наблюдение за Юпитером. Астрономы собирают сведения об объекте и пытаются составить полное представление о нем. Но технологиям еще предстоит сделать большой шаг вперед, прежде чем зонды смогут подобраться вплотную к поверхности Юпитера.

За время своего существования планета успела обзавестись большим количеством спутников. На данный момент их число составляет 79. Из-за внушительных размеров Юпитер был замечен еще древними людьми: в греции его называли “Звездой Зевса”, а астрономы из Китая подробно описали траекторию движения гиганта на протяжении двенадцати лет. Между Юпитером находятся Сатурн и Марс. Строение планеты состоит из атмосферы, нескольких слоев и ядра. А магнитное поле небесного тела имеет форму сплющенного диска.

Интересный факт: на Юпитере имеется повышенный радиационный фон. Находящийся на орбите аппарат Galileo получил дозу излучения, которое в 2500% превышает земную критическую отметку.
В 1979 году с помощью зонда Вояджер-1 было установлено, что Юпитер имеет кольца, просто разглядеть их можно лишь на близком расстоянии.

Радиус Юпитера составляет 69 911 км, что делает его самой большой планетой в Солнечной системе. Для сравнения, у второго по габаритам небесного тела – Сатурна данный параметр равен 57 350 км. Ученые объясняют большой размер Юпитера тем, что это первая планета, которая начала формироваться в близости от Солнца. Она вобрала в себя большую часть вещества и газа, которые находились вокруг светила миллиарды лет назад. Позже солнечный ветер начал рассеивать все вокруг, но Юпитер сумел удержать возле себя определенные объекты. Интересный факт: масса Юпитера в два раза больше, чем этот параметр у суммы всех объектов Солнечной системы, не считая самой звезды.

Планета вращается вокруг Солнца по овальной траектории. Полный оборот вокруг Солнца она совершает почти за 12 земных лет. Среднее расстояние до звезды составляет 778 млн км. Ее скорость движения в пространстве равна 46 800 км/ч, а вектор направления совпадает с большинством планет системы. Лишь Венера и Уран движутся в противоположную сторону.

Поскольку Юпитер вобрал в себя свойства множества планет, он может похвастаться довольно интересными физическими характеристиками:

• верхний слой облаков планеты имеет давление в одну атмосферу, температура на их поверхности составляет -107 градусов Цельсия; при углублении на 146 км давление увеличивается до 22 атмосфер, а температура возрастает до +156 градусов Цельсия;
• средний диаметр планеты равен 139 822 км, что составляет одиннадцать земных;
• площадь поверхности равна 62,18 млрд кв. км;
• поскольку Юпитер является газовым гигантом, его плотность довольно невысока: 1,33 гр/куб.см;
• из-за высокой силы притяжения ускорение свободного падения равно 24,8 м/с;
• масса планеты равна 1898*E24, что превосходит земную в 318 раз.

По многим параметрам Юпитер является лидером среди планет Солнечной системы.
Юпитер представляет собой смесь из жидких и газообразных веществ. Атмосферный слой гиганта выполнен преимущественно из водорода (92%), остальная часть приходится на гелий (8%). Также незначительную долю веществ над поверхностью составляют фосфин, сера, этан, углерод, неон, сероводород и метан.

При углублении внутрь Юпитера можно наткнуться на следующий слой планеты, состоящий из жидкого водорода с аналогичными примесями. А под ним находится уровень металлического водорода. Фактически, газовый гигант представляет собой слои водорода в разных состояниях с наличием в них других веществ. В самом центре небесного тела находится ядро, причем ученые до сих пор не могут прийти к окончательному выводу, является ли оно идеально круглым или имеет скалистую форму.

Его наличие было доказано в 1997-ом году, когда на Юпитере открыли гравитацию. По предварительной оценке, оно состоит из жидкого металлического водорода и гелия, а его масса может составлять от 4 до 14% от всей планеты. Также предполагается, что в центре Юпитера температура равна 35 700 градусов Цельсия, а давление – 4 500 ГПа. Для сравнения, считается, что на поверхности температура – 67 градусов Цельсия, а давление – 10 бар. Нужно пояснить, что это лишь теоретические данные, и на деле параметры могут быть совершенно иными. Эти значения получены лишь на основе поверхностных исследований и изучении планеты с большого расстояния, поскольку современные зонды не в состоянии подобраться вплотную к верхнему слою из-за большой радиации.

Газовый гигант обладает атмосферой в 1000 км, в которой давление варьируется от 20 до 220 кПА, что является довольно высоким показателем. Большую часть от веществ, находящихся над поверхностью, составляет водород (90%), второй по преобладанию компонент – гелий (10%). Также малая доля приходится на другие вещества. Астрономы разделяют атмосферу на следующие слои (от верхнего к нижнему):

• экзосфера;
• термосфера;
• стратосфера;
• тропопауза;
• тропосфера.

Состав уровней практически не меняется, отличаются лишь температура и давление. Причем если первый параметр постепенно увеличивается, то второй снижается. Отдельно можно выделить слой тропосферы, где из-за большой потери тепла появляются полярные сияния.
Интересный факт: скорость ветров в атмосфере Юпитера может достигать 600 км/ч.
Из-за изменения температуры, преобладания водорода и высокого давления учеными периодически наблюдаются полярные сияния на обоих полюсах.

Юпитер имеет 79 спутников. Первые из них открыл Галилей в 1610 году с помощью изобретенного им телескопа. Наблюдая планету сквозь линзы, он практически сразу заметил четыре яркие точки, расположенные вблизи от гиганта. Что удивительно, они находились на одной линии, но постепенно двигались вокруг планеты.

Интересный факт: открытие спутников позволило Галилею доказать, что не все объекты во вселенной вращаются вокруг Земли. Из-за этого он подвергся гонениям католической церкви, которая утверждала, что третья планета от Солнца – центр мироздания.

История изучения

Впервые планету увидели еще в 1690 году, часто наблюдали в период с 1750 по 1769 год, но всегда принимали ее за звезду. Только Уильям Гершель увидел в Уране планету. Произошло это 13 марта 1781 года. Ученый назвал Уран «Звездой Георга» в честь короля Георга III, но это название не стало постоянным.

Планета Солнечной системы, седьмая по удалённости от Солнца, третья по диаметру и четвёртая по массе. Была открыта в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем и названа в честь греческого бога неба Урана.

Уран стал первой планетой, обнаруженной в Новое время и при помощи телескопа. Его открыл Уильям Гершель 13 марта 1781 года, тем самым впервые со времён античности расширив границы Солнечной системы в глазах человека. Несмотря на то, что порой Уран различим невооружённым глазом, более ранние наблюдатели принимали его за тусклую звезду.

В отличие от газовых гигантов — Сатурна и Юпитера, состоящих в основном из водорода и гелия, в недрах Урана и схожего с ним Нептуна отсутствует металлический водород, но зато много льда в его высокотемпературных модификациях. По этой причине специалисты выделили эти две планеты в отдельную категорию «ледяных гигантов».

Основу атмосферы Урана составляют водород и гелий. Кроме того, в ней обнаружены следы метана и других углеводородов, а также облака изо льда, твёрдого аммиака и водорода. Это самая холодная планетарная атмосфера Солнечной системы с минимальной температурой в 49 К (−224 °C). Полагают, что Уран имеет сложное слоистое строение облаков, где вода составляет нижний слой, а метан — верхний. Недра Урана состоят в основном изо льдов и горных пород.

Нептун является самой далекой планетой в Солнечной системе. По крайней мере, сейчас. В прошлом он уже однажды потерял это звание, и нельзя исключать, что в будущем это произойдет снова.
В любом случае, с учетом огромного расстояния до Нептуна, он — весьма сложная цель для изучения. Тем не менее, ученым все же удалось раскрыть некоторые из тайн восьмой планеты. И сегодня поговорим о том, как именно это было сделано.

В отличие от всех остальных планет Солнечной системы, Нептун ни при каких условиях не получится увидеть на небе невооруженным глазом. Поэтому его наблюдения стали возможны лишь после изобретения телескопа. Первым человеком, увидевшим восьмую планету, стал Галилео Галилей. На сделанных ним зарисовках, датированных 28 декабря 1612-го и 27 января 1613 года, ученый указал небольшую звездочку. Согласно произведенным уже в наше время расчетам, Галилей заметил именно Нептун. К сожалению, его телескоп оказался слишком слаб, чтобы он мог рассмотреть диск планеты.

Впрочем, некоторые исследователи утверждают, что Галилей как минимум заподозрил, что наблюдаемое ним тело не было обычной звездой. Даже если это и так, итальянский астроном не оставил никаких конкретных записей по этому поводу.
Впоследствии Нептун еще несколько раз наблюдался астрономами, но никто не распознал в нем планету. Его официальное открытие стало возможным лишь благодаря астрономическому детективу, развернувшемуся в первой половине XIX века.

Дело в том, что после обнаружения Урана ученые заметили, что он движется по своей орбите не совсем так, как должен был бы в соответствии с законом всемирного тяготения. Появилось предположение, что это спровоцировало влияние на него гравитации пока еще не открытой восьмой планеты. В результате между астрономами из Франции и Англии началась своеобразная гонка за право первым найти «возмутителя спокойствия».

В итоге победу в этом соревновании одержала Франция. Французский математик Урбен Леверье произвел расчеты, позволившие определить примерное положение неизвестной планеты. Далее он отправил свою работу астроному Иоганну Галле из Берлинской обсерватории. Галле получил письмо от Леверье 23 сентября 1846 года, после чего немедленно начал наблюдения. С помощью студента Генриха д’Арре буквально в ту же ночь он нашел неизвестную планету очень близко от места, указанного Леверье. Это открытие стало одним из величайших научных триумфов XIX века.

Как и в случае с Ураном, достаточно быстро разгорелся спор о том, как следует назвать вновь открытую планету. Иоганну Галле импонировало имя Янус, но оно не понравилось Урбену Леверье. Утверждая, что именно он вправе именовать открытую планету, Леверье первоначально предложил название «Нептун». Затем математик передумал и заявил, что ее следует назвать в его честь — Леверье. Но этот вариант категорически не устроил астрономов за пределами Франции. Рассматривалось еще и название «Океан», также не сникавшее широкой поддержки. Так что в итоге за восьмой планетой все же закрепилось имя Нептун.

С самого начала изучение Нептуна очень серьезно затруднялось весьма внушительным расстоянием до планеты, ведь она находится за 4,5 млрд км от Земли. На то, чтобы совершить один оборот вокруг Солнца, Нептуну требуется 164 года. Собственно говоря, за время, минувшее после открытия планеты, по ее календарю прошло лишь чуть больше года.

Тем не менее пускай и по крупицам, астрономы постепенно собирали кое-какую информацию о планете. Оказалось, что по своим размерам Нептун немного меньше, а вот по массе — больше Урана. Вскоре после обнаружения планеты астрономам удалось выяснить, что у нее есть довольно крупный спутник, его назвали Тритон. В дальнейшем открытия следующего спутника пришлось ждать больше века. Сейчас мы знаем, что все остальные луны Нептуна крайне малы. Их суммарная масса составляет лишь половину процента от массы Тритона.

Это связано с тем, что Тритон «не родной» спутник Нептуна. Он движется вокруг него по ретроградной орбите, которая сильно наклонена к плоскостям эклиптики и экватора планеты. Данное обстоятельство говорит о том, что Тритон является захваченным объектом. Скорее всего, изначально его орбита пролегала в поясе Койпера. Но в какой-то момент гравитация Нептуна захватила Тритон и перевела его на постоянную орбиту вокруг планеты.

Подобное событие практически наверняка разрушило орбиты тогдашних спутников планеты. По всей видимости, изначально когда-то Нептун обладал семейством крупных лун, сопоставимых с лунами Урана. Но захват Тритона привел к их столкновению друг с другом и полному разрушению. В конце концов от них осталось лишь несколько крошечных спутников.
Еще одно важное открытие было сделано в 1984 году, когда выяснилось, что у Нептуна есть кольца. Они довольно узкие и тусклые и уступают по сложности своей структуры не только кольцам Сатурна, но и кольцам Урана.

В то же время у них есть и уникальная особенность. Одно из колец Нептуна содержит несколько дуг, которые существуют по отдельности и не сливаются в единую структуру. Астрономы объясняют этот феномен тем, что вещество дуг удерживается в равновесии малыми спутниками Нептуна, выступающими в роли своеобразных «пастухов».

Встреча на краю Солнечной системы

Как и Уран, за всю историю исследований Нептун посещал лишь один космический аппарат. Это произошло в 1989 году, когда рядом с планетой пролетел легендарный зонд Voyager 2. К тому моменту его путешествие длилось уже двенадцать лет — и это при том, что гарантийный срок службы аппарата составлял всего четыре года. В связи с этим любопытно упомянуть, что первоначально само NASA оценивало всего лишь в 40% вероятность того, что Voyager 2 сохранит свою работоспособность к моменту встречи с Нептуном. К счастью, аппарат посрамил всех скептиков.

Историческая встреча на краю Солнечной системы состоялась 25 августа 1989 года. Voyager 2 пролетел на высоте 4950 км над северным полюсом планеты. Визуально Нептун оказался намного красивее Урана. В его атмосфере даже нашелся крупный атмосферный шторм, который по аналогии с Большим красным пятном назвали Большим темным пятном. Его диаметр превышал диаметр Земли. Правда, Большое темное пятно оказалось не таким долгожителем, как его знаменитый собрат, и исчезло уже к 1994 году. Также Voyager 2 сумел зарегистрировать ураганные ветра, дующие в атмосфере планеты. Их скорость достигала 600 м/с, что является рекордом для Солнечной системы.

Своим внутренним строением Нептун оказался похож на Уран. Атмосфера планеты состоит из водорода и гелия, под ней расположена ледяная мантия из воды, метана и аммиака, а в самом центре находится каменное ядро. Поэтому, как и Уран, Нептун сейчас классифицируется как ледяной гигант.

Нептун походит на Уран и своим магнитным полем. Оно наклонено на 47° относительно оси вращения планеты и ассиметрично: его центр смещен примерно на 0,55 радиуса планеты от ее центра. До прибытия Voyager 2 к Нептуну ученые полагали, что смещенная магнитосфера Урана — результат его аномального вращения. Однако теперь стало понятно, что это общая черта ледяных гигантов, по всей видимости, связанная с особенностями их внутреннего строения.

Voyager 2 сфотографировал кольца Нептуна и нашел несколько его ранее неизвестных спутников. Но главной звездой пролета, пожалуй, стал Тритон. Оказалось, что это весьма активное тело. На его поверхности обнаружен ряд азотных гейзеров, высота выбросов которых достигает 8 км. Voyager 2 даже сумел сфотографировать азотные облака, сформировавшиеся в крайне разреженной атмосфере Тритона.

Помимо этого, в районе экватора спутника обнаружились подобия замерзших озер с берегами в виде ступенчатых террас. Высота их «ступеней» может достигать километра. Сейчас считается, что после того как Тритон был захвачен гравитацией Нептуна, его орбита постепенно менялась. Приливное взаимодействие с планетой привело к тому, что поверхность спутника несколько раз расплавлялась, а затем застывала, что и привело к образованию подобных структур.

Более того, последующее компьютерное моделирование, выполненное на основе данных Voyager 2, указало на довольно интригующую возможность. Не исключено, что в недрах Тритона все еще может существовать целый океан, в котором вполне могут быть условия, способствующие поддержанию жизни.

Анализ данных Voyager 2 позволил разрешить загадку Планеты X — гипотетического небесного тела, оказывающего влияние на орбиту Урана. Его поиски в свое время привели к открытию сначала Нептуна, а затем, когда его массы оказалось недостаточно, чтобы объяснить все зафиксированные отклонения — и Плутона. Но измерения Voyager 2 показали, что масса Нептуна изначально была определена с погрешностью, примерно соответствующей массе Марса. Когда ее учли, исчезли все кажущиеся несоответствия в орбите Урана, а с ними — и надобность в Планете X в ее традиционном понимании.

Исследования Нептуна на современном этапе

По сей день Voyager 2 остается единственным земным посланцем, исследовавшим Нептун с близкого расстояния. К счастью, ввод в строй новых, более мощных телескопов дал возможность астрономам отслеживать погодные циклы планеты. К удивлению ученых, выяснилось, что несмотря на очень большое удаление от Солнца, состояние облачного покрова на Нептуне напрямую связано с циклами солнечной активности. Чем активнее наша звезда, тем ярче облака на восьмой планете — и наоборот.
Исследователям удалось найти еще несколько ранее неизвестных спутников Нептуна. Все они оказались весьма невелики.

В 2006 году Нептун впервые за 76 лет стал считаться последней планетой Солнечной системы. Это произошло после известного заседания Международного астрономического союза, принявшего решение «разжаловать» Плутон и лишить его статуса планеты.
Как и в случае с Ураном, организация новой космической миссии к Нептуну тормозится отсутствием необходимого финансирования, недостаточными (в случае с NASA) запасами плутония-238, который потребуется для ее энергообеспечения, а также весьма внушительным временем полета. Оно будет измеряться десятилетиями.

Тем не менее, различные команды исследователей предприняли несколько попыток получить добро на такой полет. Один из них был разработан командой, некогда построившей аппарат New Horizons. Их проект предполагал возведение автоматической станции, напоминающей аппарат Cassini, которая была бы выведена на постоянную орбиту вокруг Нептуна. Увы, но NASA так и не заинтересовало это предложение.

Более простая миссия под названием Trident участвовала в недавнем отборе по программе Discovery. Она предполагала отправку зонда, который бы изучил Нептун и Тритон с пролетной траектории. В случае одобрения визит Trident к восьмой планете состоялся бы в 2038 году. Увы, этот проект тоже не получил зеленый свет.

Вполне возможно, что следующий земной посланец, который встретится с Нептуном, будет построен в Китае. В настоящее время ученые из Поднебесной занимаются разработкой проекта миссии Interstellar Express. Она предусматривает отправку двух зондов для исследования гелиосферы. План полета предполагает, что один из них совершит пролет Нептуна в 2038 году. Но на данный момент неизвестно, одобрит ли китайское руководство этот проект.

В любом случае, остается надеяться, что рано или поздно какое-либо космическое агентство все же осуществит миссию к Нептуну и мы вновь увидим его. И хочется верить, что это произойдет раньше, чем планета совершит еще один оборот вокруг Солнца.

В рамках индивидуального проекта по физике (астрономии) на тему "Солнечная система" мы выяснили, что наша Солнечная система прекрасное место, которое мы не сможем покинуть ещё очень долгое время. Но с появлением новых технологий мы каждый год узнаём о ней что-то новое и интересное.

Надеемся, что через несколько лет мы сможем выйти за пределы влияния нашей родной планеты, и покорение космоса увеличится в геометрической прогрессии, а пока не будем забывать тех исследователей и те экспедиции, что подарили нам те знания, которые мы имеем сейчас.