Планета Нептун

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Астрономия и космонавтика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Реферат на тему:

Планета Нептун

План

Вступление.

I. Нептун.

II. Основная часть.

История открытия.

2. Некоторые параметры планеты.

Химический состав, физические условия и внутреннее строение Нептуна.

Спутники Нептуна.

Современные исследования Нептуна

III. Заключение.

Открытые вопросы.

Нептун в цифрах.

Современные данные о Нептуне.

НЕПТУН

Нептун — восьмая планета от Солнца, большая планета Солнечной системы, относится к планетам — гигантам. Ее орбита пересекается с орбитой Плутона в некоторых местах. Еще орбиту Нептуна пересекает комета Галилея. Астрологический знак Нептуна J.

Некоторые параметры планеты

Нептун движется вокруг Солнца по эллиптической, близкой к круговой (эксцентриситет 0, 009), орбите; его среднее расстояние от Солнца в 30, 058 раз больше, чем у Земли, что составляет примерно 4500 млн. км. Это значит, что свет от Солнца доходит до Нептуна немногим более чем за 4 часа. Продолжительность года, то есть время одного полного оборота вокруг Солнца 164,8 земных лет. Экваториальный радиус планеты 24 750 км., что почти в четыре раза превосходит радиус Земли, притом собственное вращение настолько быстрое, что сутки на Нептуне длятся всего 17,8 часов. Хотя средняя плотность Нептуна, равная 1,67 г/см3, почти втрое меньше земной, его масса из-за больших размеров планеты в 17,2 раза больше, чем у Земли. Нептун выглядит на небе как звезда 7,8 звездной величины (недоступна невооруженному глазу); при сильном увеличении имеет вид зеленоватого диска, лишенного каких-либо деталей.

Нептун обладает магнитным полем, напряженность которого на полюсах примерно вдвое больше, чем на Земле.

Эффективная температура поверхностных областей ок. 38 К, но по мере приближения к центру планеты она возрастает до (12−14) · 103 К при давлении 7−8 мегабар.

Химический состав, физические условия и строение Нептуна

Строение и набор составляющих Нептун элементов, вероятно, подобны Урану: различные «льды» или отвердевшие газы содержанием около 15% водорода и небольшого количества гелия. Как и Уран, и в отличие от Юпитера с Сатурном, Нептун, возможно, не имеет четкого внутреннего расслоения. Но наиболее вероятно, у него есть небольшое твердое ядро (равное по массе Земле). Атмосфера Нептуна — это, по большей части, водород и гелий с небольшой примесью метана: синий цвет Нептуна является результатом поглощения красного света в атмосфере этим газом, как на Уране.

Подобно типичной газовой планете, Нептун славен большими бурями и вихрями, быстрыми ветрами, дующими на ограниченных полосах, параллельным экватору. На Нептуне самые быстрые в Солнечной системе ветры, они разгоняются до 2200 км/час. Ветры дуют на Нептуне в западном направлении, против вращения планеты. Заметьте, что у планет-гигантов скорость потоков и течений в их атмосферах увеличивается с расстоянием от Солнца. Эта закономерность не имеет пока никакого объяснения. На снимках можно увидеть облака в атмосфере Нептуна. Подобно Юпитеру и Сатурну, Нептун имеет внутренний источник тепла — он излучает более чем в два с половиной раза больше энергии, нежели получает от Солнца.

История открытий

После того, как в 1781 г. У. Гершель открыл Уран и рассчитал параметры его орбиты, довольно скоро обнаружились загадочные аномалии в движении этой планеты оно то «отставало» от расчетного, то опережало его. Орбита Урана не соответствовала закону Ньютона. Это и навело на мысль о существовании еще одной планеты за Ураном, которая могла бы своим гравитационным притяжением искажать траекторию движения 7-й планеты.

В 1832 г. в отчете Британской Ассоциации развития науки Дж. Эри, впоследствии ставший королевским астрономом, отмечал, что за 11 лет ошибка в положении Урана достигла почти полминуты дуги. Вскоре после опубликования отчета Эри получил от Британского астронома-любителя, преподобного доктора Хассея, письмо, в котором выдвигалось предположение, что эти аномалии обусловлены воздействием пока еще неоткрытой «заурановой» планеты. По-видимому, это было первым предложением искать «возмущающую» планету. Эри не одобрил идею Хассея, и поиски не были начаты.

А еще за год до этого талантливый молодой студент Дж. К. Адамс отметил в своих записях: «В начале этой недели появилась мысль заняться сразу же после получения степени исследованием аномалий в движении Урана, которые до сих пор не объяснены. Надо найти, могут ли они быть обусловлены влиянием, находящийся за ним неоткрытой планеты и, если возможно, определить, хотя бы приблизительно элементы ее орбиты, что может привести к ее открытию».

Адамс получил возможность приступить к решению этой задачи только через два года, и к октябрю 1843 г. предварительные вычисления были закончены. Адамс решил показать их Эри, однако встретиться с королевским астрономом ему не удалось. Адамсу оставалось лишь вернуться в Кембридж, оставив для Эри результаты проведенных рачетов. По непонятным причинам Эри отреагировал на работу Адамса отрицательно, ценой чего явилась потеря Англией приоритета в открытии навой планеты. Независимо от Адамса над проблемой заурановой планеты работал во Франции У. Ж. Леверье. 10 ноября

1845 г. он представил Французской А Н результаты своего теоретического анализа движения Урана, заметив в заключение о расхождениями между данными наблюдений и расчетов: «Это можно объяснить воздействием внешнего фактора, который я оценю во втором тракте». Такие оценки были проведены в первой половине 1846 г. Успеху дела помогло предложение, что искомая планета движется, в соответствии с эмпирическим Тициуса Боде правилом, по орбите, радиус которой равен устроенному радиусу орбиты Урана, и что орбита имеет очень маленький наклон к плоскости эклиптики. Леверье выступил с указанием, где следует искать новую планету.

Получив второй тракт Леверье, эри обратил внимание на очень близкое совпадение результатов исследований Адамса и Леверье, относящихся к движению предполагаемой планеты, возмущающей движение Урана, и даже подчеркнул это на специальном заседании Совета инспекторов Гринвича. Но он, как и ранее, не торопился начать поиски и стал хлопотать о них только в июле 1846 г., поняв, какое негодование может вызвать впоследствии его пассивность.

Тем временем Леверье 31 августа 1846 г. закончил еще одно исследование, в котором была получена окончательная система элементов орбиты искомой планеты и указано ее место на небе. Но во Франции, как и в Англии, астрономы все не преступали к поискам, и 18 сентября Леверье обратился к И. Галле, ассистенту Берлинской обсерватории, 23 сентября вместе со студентом Дарре начал поиски. Вычисления их базировались на результатах наблюдений Юпитера, Сатурна и самого Урана. В первый же вечер планета была обнаружена, она находилась всего в 52 от предполагаемого места. Весть об открытии планеты «на кончике пера», что явилось одним из ярчайших триумфов небесной механики, вскоре облетела весь научный мир. По установившейся традиции планета получила название Нептун в честь античного бога.

Около года между Францией и Англией шла борьба за приоритет открытия, к которой, как это часто бывает, сами герои непосредственно отношения не имели. В частности, между Адамсом и Леверье установилось полное взаимопонимание, и они оставались друзьями до конца жизни.

У Нептуна есть 8 известных спутников: 4 маленьких, 3 средних и 1 большой.

Спутник

Масса (кг)

Радиус орбиты (тыс. км.)

Радиус

(км)

Год

открытия

Кто открыл

Наяда

?

48

29

1989

«Вояджер-2»

Таласса

?

50

400

1989

«Вояджер-2»

Деспина

?

53

74

1989

«Вояджер-2»

Галатея

?

62

79

1989

«Вояджер-2»

Ларисса

?

74

96

1989

«Вояджер-2»

Протеус

?

118

209

1989

«Вояджер-2»

Тритон

2,14. 1022

355

1350

1846

Лассель

Нерейд

?

5509

170

1949

Койпер

Луна

7,4. 1022

389

1739

-----------

--------------

Тритон

Самый крупный из спутников, спутник Нептуна, открыт У. Ласселом (о. Мальта, 1846 г.). Расстояние от Нептуна 394 700 км., сидерический период обращения 5 сут. 21 ч. 3 мин., диаметр ок. 3200 км. И радиус 1600 км., что немногим (на 138 км.) меньше радиуса Луны, хотя масса его на порядок меньше. Возможно, имеет атмосферу.

Размер крупнейшего спутника планеты — Тритона — близок к размерам Луны, а в массе он уступает ей в 3,5 раза. Это почти единственный спутник Солнечной системы, который обращается вокруг своей планеты в противоположную сторону вращения самой планеты вокруг своей оси. Многие подозревают, что Тритон -- захваченная когда-то Нептуном самостоятельная планета.

У Тритона большая отражательная способность -- 60−90% (Луна --12%), так как он большой своею частью состоит из водяного льда.

У Тритона была обнаружена ничтожная газовая оболочка, давление которой на поверхности в 70. 000 раз меньше земного атмосферного давления. Происхождение этой атмосферы, которая должна бы давно рассеяться, было объяснено частыми извержениями, пополняющими ее газами. Когда же были получены снимки Тритона, то на ледяной его поверхности были действительно замечены гейзероподобные извержения азота и темных частиц пыли разного размера. Все это рассеивается в окружающем пространстве. Есть предположение, что, после захвата Нептуном спутник был разогрет приливными силами, и он был даже жидким первый миллиард лет после захвата. Возможно, в недрах своих он по-прежнему сохранил это агрегатное состояние. Поверхность Тритона напоминает спутники Юпитера: Европу, Ганимед, Ио, а также Ариэль Урана. Своим подобием полярных шапок (на рисунке справа, чуть выше) он схож с Марсом.

Нереида

Нерейда — второй по величине спутник Нептуна. Среднее расстояние от Нептуна 6,2 млн. км., диаметр около 200 км., и радиус 100 км.

Нереида — самый далекий от Нептуна спутник из известных. Она делает один виток вокруг планеты за 360 дней, т. е. почти за земной год. Орбита Нереиды сильно вытянута, ее эксцентриситет составляет целых 0,75. Наибольшее расстояние от спутника до планеты превышает наименьшее в семь раз. Нереида был открыт в 1949-м году Койпером (США). Только Тритону посчастливилось также быть открытым с Земли в системе Нептуна.

Протеус

Этот спутник является третьим по размерам в семье спутников Нептуна. Также он является третьим по удаленности от планеты: дальше него движутся только Тритон и Нереида. Нельзя сказать, что этот спутник выделяется чем-то особенным, но тем не менее он был выбран учеными для создания его трехмерной компьютерной модели, основанной на снимках «Вояджера 2» (справа).

Пожалуй, описание остальных спутников подробным делать не стоит, поскольку табличные данные о них (и то неполные), вполне исчерпывающе говорят о них как о маленьких планетках, подобных которым очень много среди спутников планет Солнечной системы. По тем немногим данным, что есть, трудно говорить об их индивидуальности. Хотя, будущее наверняка позволит некоторым из них заинтересовать астрономов.

Нептун — восьмая планета от Солнца и четвертая по размеру среди планет. Несмотря на это 4-е место, Уран уступает Нептуну в массе. Нептун может быть увиден в бинокль (если Вы знаете точно, куда смотреть), но даже в большой телескоп вряд ли можно видеть что-нибудь, кроме небольшого диска. Нептун — довольно сложная планета для наблюдений. Ее блеск в противостояния едва переваливает за 8-ую звездную величину. Тритон — самый большой и яркий спутник — ненамного ярче 14-й звездной величины. Для обнаружения диска планеты нужно использовать большие увеличения. Кольцо Нептуна с Земли обнаружить очень и очень сложно, а визуально — почти невозможно.

Только одному космическому аппарату «Вояджер 2» удалось достичь столь удаленной планеты, как Нептун. Другие проекты пока… еще только проекты. Нептун был посещен только одним космическим кораблем: «Вояджером-2» 25 августа 1989-го года. Почти все, что мы знаем о Нептуне, мы знаем благодаря этой встрече.

Общие сведения

Нептун удален от Солнца на 30 а.е., диаметр планеты — 49,5 тыс. км, что около 4-х земных, масса — около 17 масс Земли. Период обращения вокруг центрального светила — 165 неполных лет. Средняя температура — 55 К. В римской мифологии Нептун (Греч. Посейдон) был богом моря.

На сегодняшний момент (1997-й год), Нептун — самая далекая от нас планета, так как из-за вытянутости орбиты Плутона, с 1979-го по июль 1999-го года последняя планета находится ближе к Солнцу. У имеющих небольшие оптические инструменты есть уникальная возможность разглядеть самую далекую планету Солнечной системы.

С 1994-го года проводятся исследования планеты с помощью телескопа имени Хаббла. На этой паре полученных им изображений представлены два полушария Нептуна. Еще четыре снимка этого телескопа спрятано в фотоаппарате.

Большое Темное Пятно

После пролета «Вояджера-2» мимо планеты, наиболее известной деталью на Нептуне стало Большое Темное Пятно в южном полушарии. Оно в два раза меньше чем Большое Красное Пятно Юпитера (т.е. в диаметре примерно равное Земле). Ветры Нептуна несли Большое Темное Пятно к западу со скоростью 300 метров в секунду. «Вояджер-2» также видел меньшее темное пятно в южном полушарии и небольшое непостоянное белое облако. Оно могло быть потоком, отходящим от нижних слоев атмосферы к верхним, но истинная природа его остается пока тайной.

Любопытно, что наблюдения на HST в 1994-м году показали, что Большое Темное Пятно исчезло. Оно или просто рассеялось или, к настоящему времени, закрыто другими частями атмосферы. Несколько месяцев спустя, HST обнаружил новое темное Пятно в северном полушарии Нептуна. Это указывает на то, что атмосфера Нептуна изменяется быстро, возможно, из-за легких изменений в температурах верхних и нижних облаков. На трех снимках справа показано движение облаков в районе Пятна.

Кольца Нептуна

Нептун также имеет кольца. Они были открыты при затмении Нептуном одной из звезд в 1981-м году. Наблюдения с Земли позволили увидеть только слабые дуги вместо полных колец, но фотографии «Вояджера-2» в августе 1989-го года показали их до полного размера. Одно из колец обладает любопытной искривленной структурой. Подобно Урановым и Юпитеровым, кольца Нептуна очень темны и строение их неизвестно. Но это не помешало дать им имена: самое крайнее — Адамс (содержащее три выделяющиеся дуги, которые почему-то окрестили Свободой, Равенством и Братством), затем — безымянное кольцо, совпадающее с орбитой спутника Нептуна Галатеи, следом — Леверрье (чьи внешние расширения названы Лассель и Араго), и, наконец, слабое, но широкое кольцо Галле. Как видно, названия колец увековечили тех, кто приложил руку к открытию Нептуна.

Магнитосфера

Магнитное поле Нептуна, как и поле Урана, странно ориентированно и, вероятно, создается движениями проводящего вещества (вероятно, воды), расположенной в средних слоях планеты, выше ядра. Магнитная ось наклонена на 47 градусов к оси вращения, что на Земле бы могло отразиться в интересном поведении магнитной стрелки, ведь по ее мнению, «Северный полюс» мог бы находиться южнее Москвы… Кроме того, ось симметрии магнитного поля Нептуна не проходит через центр планеты, а отстоит от него более чем на полрадиуса, что очень похоже на обстоятельства существования магнитного поля вокруг Урана. Соответственно, и напряжение поля непостоянно на поверхности в разных ее местах и меняется от трети земного до утроенного. В какой-либо одной точке поверхности поле также непостоянно, как и положение и интенсивность источника в недрах планеты. По случайности, при подлете к Нептуну, «Вояджер» двигался почти точно в направлении южного магнитного полюса планеты, что дало возможность ученым провести ряд уникальных исследований, многие результаты которых до сих пор не лишены таинственности и непонятности. Были сделаны предположения о строении Нептуна. Были обнаружены явления в атмосфере, схожие с земными полярными сияниями. Исследуя магнитные явления, «Вояджеру» удалось точно установить период вращения Нептуна вокруг своей оси — 16 часов 7 минут.

Открытые вопросы

*Магнитная ось Нептуна проходит далеко не через центр и под большим углом к оси вращения. Какие процессы формируют такое магнитное поле?

* В чем причина недостатка гелия и водорода на Нептуне?

* Почему на Нептуне так сильны ветры, тогда как он находится очень далеко от Солнца, а в то же время внутренний источник тепла в недрах планеты недостаточно силен для таких целей?

* Как разработать сравнительно дешевый проект эффективного изучения Нептуна и Урана с помощью космических аппаратов?

Список литературы.

Ф. Умпл «Семья Солнца» М., 1984 г.

М.Я. Маров «Планеты Солнечной системы"2-е изд. М., 1986.

Нептун

в цифрах:

Масса

17,14 массы Земли (1,02. 1026 кг)

Диаметр

3,88 диаметра Земли (49 520 км)

Плотность

1,64 г/см3

Температура поверхности

-231°С

Длительность звездных суток

19,2 часа

Среднее расстояние от Солнца

30,06 а.е. (4. 497 млн. км)

Период обращения по орбите

164,79 земных лет

Наклон экватора к орбите

+29°34`

Эксцентриситет орбиты

0,008

Наклонение орбиты к эклиптике

1,77°

Долгота восходящего узла

131°01`

Средняя скорость движения по орбите

5,43 км/сек

Расстояние от Земли

от 4,3 до 4,6 млрд. км

Число спутников

8

Современные данные о Нептуне.

Звездный период обращения в годах

164,7

Синодический период обращения, сутки

368

Среднее расстояние от Солнца, а.е.

30,06

Среднее расстояние от Солнца, млн. км.

4496

Наклонение орбиты к эклиптике

1є46ґ

Плотность, кг. /м3

1700

Экваториальный диаметр, км.

49 500

Экваториальный радиус, км.

24 750

Звездный период вращения вокруг своей оси

17,8

Наклон экватора к плоскости орбиты

15,8 суток

Число известных спутников у планеты

29є

Число известных спутников

2

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой