Пример готового реферата по предмету: Естествознание
Содержание
Содержание
стр.
1.Общая характеристика планет3
2.Юпитер6
3.Сатурн 10
4.Уран 14
5.Нептун 18
Литература 21
Приложения 22
1.Общая характеристика планет
Планетами называются большие небесные тела, которые движутся вокруг Солнца и светятся отраженным солнечным светом. Массой и размерами планеты на много порядков меньше, чем Солнце.
В древние времена выделяли семь небесных светил, которые изменяли свое положение среди звезд («блуждающих»): Солнце, Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн. Считалось, что все эти светила, названные планетами, обращаются вокруг Земли. Лишь в начале XVI в. создатель гелиоцентрической системы мира Н. Коперник показал, что только Луна движется вокруг Земли, а остальные планеты, как и Земля, движутся вокруг Солнца, которое является центральным телом системы планет — Солнечной системы. Само Солнце не причисляется к планетам, оно является звездой, поскольку светится собственным, а не отраженным светом. Из числа планет древности была изъята и Луна — спутник Земли. Открытие еще трех планет Солнечной системы — Урана (1781 год, В. Гершель), Нептуна (1846 год, Дж. Адамс, У. Леверъе, И. Галле), Плутона (1930 год, П. Ловелл, К. Томбо) — стало сенсацией. На сегодняшний день известны девять больших планет. Кроме них были открыты несколько тысяч малых планет (астероидов), размерами они колеблются от нескольких сотен до 1 км и меньше. Движение астероидов происходит главным образом между орбитами Марса и Юпитера в так называемом «кольце астероидов».
Уже в древности планеты по характеру их движения среди звезд делились на нижние и верхние. К нижним планетам относятся Меркурий и Венера, движущиеся вокруг Солнца ближе, чем Земля; к верхним принадлежат все остальные планеты, орбиты которых расположены за пределами земной орбиты. Более глубокое научное значение имеет деление планет на внутренние и внешние. К внутренним относят планеты, движущиеся по орбитам внутри пояса малых планет. Это — Меркурий, Венера, Земля, Марс; они называются также планетами земной группы. Внешние планеты находятся за пределами кольца малых планет. Это — Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Все они (кроме Плутона) из-за своих зачительных размеров называются также планетами-гигантами.
Между планетами и Солнцем действует взаимное притяжение, описываемое законом тяготения Ньютона. Движение планет вокруг Солнца происходит по эллиптическим орбитам в основном в соответствии со сравнительно простыми законами Кеплера.
Видимый блеск всех планет, известных с древности, не уступает блеску самых ярких звёзд, а блеск Венеры, Марса и Юпитера превосходит их. Из планет, открытых в новое время, только Уран доступен невооруженному глазу. Для нормального человеческого зрения все планеты представляются, как и звезды, светящимися точками, но уже с помощью небольшого телескопа можно увидеть диск у всех планет (кроме далекого Плутона), что впервые обнаружил в 1609 году Г. Галилей.
Радиолокация планет дает возможность установить расстояние до поверхности планет, небесно-механические же расчеты, основанные на анализе радиолокационных измерений за несколько лет, позволяют вычислить расстояния до центра планет. Разность тех и других расстояний равна радиусу планеты. Измерения видимого диаметра планеты в разных направлениях позволяют определить ее фигуру или, по крайней мере, сжатие у полюсов.
Изучение закономерностей движения спутников планет на основе закона всемирного тяготения позволяет уверенно определить их массу. Знание массы планеты и ее размеров позволяет вычислить среднюю плотность, значение ускорения силы тяжести на поверхности и скорость убегания, т. е. ту критическую скорость (космическую скорость), развив которую, тело покидает планету навсегда (скорость убегания рассчитывается для поверхности планет).
Наличие газовой оболочки вокруг планет может быть легко замечено при наблюдениях с Земли — по потемнению диска планеты к краям, по постепенному (а не мгновенному) угасанию звезды в случае, когда планета проходит перед звездой, по наличию облачных образований. Фотометрические измерения планет позволяют вывести значение отражательной способности либо планеты в целом, либо ее частей, что выражают через величину альбедо. Многие планеты имеют большое альбедо, что указывает на присутствие мощной атмосферы. Величина альбедо и характер изменения блеска планеты с изменением ее фазы позволяют с помощью теории рассеяния света определить количественные характеристики атмосферы, в первую очередь ее оптическую толщину и протяженность. О мощности атмосферы судят по упругости газов у ее основания, т. е. по величине, которую показал бы барометр-анероид на поверхности планеты, выражают ее в миллибарах (мбар).
Очень мощные атмосферы имеют планеты — гиганты. Химический состав атмосферы определяется из спектральных наблюдений по интенсивности молекулярных полос поглощения, возникающих в спектре солнечного излучения, после того как оно дважды прошло через атмосферу планеты — до и после отражения от ее поверхности.
Прямые измерения интегрального теплового потока или излучения планеты в отдельных областях ее инфракрасного спектра, осуществляемые, например, с помощью болометров, позволяют определить общую температуру планеты или температуру отдельных ее частей. Та же задача может быть решена путем измерения тепловых потоков планеты радиометодами в сантиметровом, дециметровом и метровом диапазонах. Сравнение теоретической равновесной температуры (т. е. той, которую должна была бы иметь планета, если бы ее единственным источником тепла было солнечное облучение) с измеренной темп-рой дает возможность судить о том, что планета обладает собственными источниками тепла, которое просачивается наружу. Этот процесс очень существенно зависит от теплопроводности коры и атмосферы. Атмосфера может обусловливать сильный парниковый эффект, сущность которого заключается в том, что она пропускает приходящее от Солнца оптическое излучение, но в значительной мере задерживает уходящее наружу длинноволновое (тепловое) излучение самой планеты. Поэтому планета, лишенная атмосферы, холоднее и отличается большей суточной амплитудой температуры, чем планета с атмосферой.
Наблюдения изменений орбиты спутника планеты, в частности поворота плоскости орбиты, вращения орбиты в этой плоскости позволяют математическим путем определить форму планеты, ее сжатие. Зная среднюю плотность планеты, оценивая возможные значения давления внутри нее, и принимая в расчет ее химический состав, можно составить обоснованные суждения о природе вещества в глубоких недрах планеты и его агрегатном состоянии. Главная отличительная черта планет — гигантов — это очень низкая средняя плотность и специфический химический состав их атмосфер. Это еще одно свидетельство того, что они состоят из вещества, подобного солнечному — главным образом из водорода и гелия. Значит, тепловой поток, исходящий из Юпитера, указывает на высокую температуру в его недрах — до 20 тыс. градусов. Такой поток тепла свидетельствует о существовании в недрах Юпитера и Сатурна конвективного перемешивания тепла. В недрах господствует колоссальное давление, намного превышающее 2,5 млн. бар, при котором молекулярный водород испытывает переход к металлической фазе и вполне подобен щелочным металлам. Сходную с Юпитером структуру имеет Сатурн. Более плотные Уран и Нептун содержат, по-видимому, значительно больше гелия. У этих планет температура ниже, так что около их центра возможно имеются ядра, состоящие из смеси льда и соединений, содержащих водород, кислород, углерод, азот, серу и др.
Для полноты характеристики планет Солнечной системы необходимо еще добавить, что у планет земной группы мало спутников (у Земли —
1. Марса — 2), тогда как у планет — гигантов их много.
2. Юпитер
Самой крупной из планет-гигантов является Юпитер — это пятая планета от Солнца. Он был известен еще с древности. Средний радиус его орбиты оставляет 5,203 а.е. (778 млн. км), ее эксцентриситет — 0,048, наклон ее плоскости к плоскости эклиптики — 1,30. за 11,862 года Юпитер совершает полный оборот вокруг солнца, двигаясь со средней скоростью в 13,06 км/сек. Средний синодический период обращения равен 399 суток. Все небо вдоль эклипитики Юпитер проходит за
1. лет и виднеется в противостоянии как желтоватая звезда — 2,6 звездной величины. В блеске уступает только Марсу и Венере во время великого противостояния. Видимый диск Юпитера принимает форму эллипса, его оси в среднем противостоянии наблюдаются под углом 46,5// и 43,7//. Но когда Юпитер соединяется с Солнцем его угловые размеры становятся на 1/3 меньше, блеск становится слабее на 0,84 звездной величины, чем в противостояниях. Визуальное альбедо = 0,67.
Экваториальный и полярный диаметры Юпитера равны соответственно 142600 км и 134140 км. Быстрое осевое вращение обуславливает сжатие планеты (1 : 15,9).
В средних широтах период вращения сотавляет 9 ч
5. мин 40 сек (РII), близ экватора — 9 ч
5. мин 30 сек (РI).
Масса Юпитера превосходит массу Земли в 318 раз, а объем в 1315 раз. По отношению к Солнцу масса Юпитера составляет 1 : 1047,39. Средняя плотность планеты равна 1,33 г/см 3, что незначительно отличается от средней плотности Солнца. На экваторе ускорение силы притяжения составляет 25,90 м/сек 2, а на полюсе оно равно 27,90 м/сек
2. Центробежное ускорение на экваторе = 2,25 м/сек
2. Параболическая скорость, она же скорость убегания, на поверхности равна
6. км/сек.
Наблюдаемая поверхность Юпитера состоит из облаков и иных атмосферных образований, пересеченных множеством темных полос, разделяющихся светлыми зонами. Светлые зоны параллельны экватору, который наклонен всего лишь на 3004/ к плоскости орбиты Юпитера. Сложная окраска и структура полос постоянно изменяется. Большую изменчивость имеет вид Южной и Северной экваториальных полос, исчезающих временами, а потом восстанавливающихся с цикличностью примерно 4 года. Также нередко становится невидимой довольно узкая экваториальная полоса. Сравнительно устойчивыми являются околополярные области.
Выдержка из текста
4. Уран
Уран — седьмая по удаленности от Солнца большая планета Солнечной системы.
1. марта 1781 года Уран открыл учитель музыки Уильям Гершель, до этого совершенно неизвестный в астрономическом мире. Случайно Нептун наблюдался и ранее, но оставался нераспознанным среди звезд. Заметив в свой телескоп светлый диск, движущийся по небу, Гершель принял его за комету и сообщил об открытом небесном теле профессиональным астрономам в Гринвич. Довольно быстро выяснилось, что это новая планета, и весть об открытии облетела всю Европу. После открытия Урана (название дал Иоганн Боде) Гершель стал широко известен и был избран членом Лондонского королевского общества и получил должность придворного астронома.
Движется вокруг Солнца на среднем расстоянии от него 19,19 а. е. по орбите, близкой к круговой. Эксцентриситет орбиты равен 0,047, наклон плоскости орбиты Урана к плоскости эклиптики составляет всего лишь 0,770. Полный оборот вокруг Солнца Уран совершает за 84,015 года, или 30685 земных суток. Синодический период, в течение которого повторяются противостояния и соединения с Солнцем, составляет 369,7 суток. Будучи достаточно ярким объектом (около 6-й звездной величины), Уран легко наблюдается в бинокль, но для того, чтобы уверенно заметить диск, нужен телескоп с увеличением не менее 60 раз. Невооруженным глазом едва различим. Видимый поперечник планеты меняется в пределах от 3,4//о 4,3//. Истинный экваториальный диаметр равен 50700 км, или 3,98 диаметра Земли. Объем в 61 раз превышает объем Земли, масса же его составляет 14,56 массы Земли, так что средняя его плотность мала и равна 1,32 г/см 3, что характерно для планет-гигантов. Ускорение силы тяжести на экваторе равно 1040 см/сек 2 минус 60 см/сек 2 за счёт центробежного ускорения, а вторая космическая скорость —
2. км/сек.
Фигура Урана сильно сжата у полюсов (сжатие — около 1 : 33), что отражает факт быстрого его вращения вокруг оси. Поскольку на диске Урана не заметно никаких деталей, установить факт его вращения из прямых наблюдений невозможно. Период вращения Урана установлен по периодичным изменениям его блеска с амплитудой до 0,15 звездной величины, а также по величине смещения линий в его спектре вследствие эффекта Доплера, что позволяет определить линейную скорость вращения Урана на его экваторе.
В отличие от большинства планет, у которых осевое вращение, если смотреть на планету со стороны Северного полюса, происходит против часовой стрелки, т. е. в ту же сторону, в которую движется и сама планета вокруг Солнца, Уран вращается в сторону, противоположную орбитальному движению. Ось вращения Урана лежит почти в плоскости орбиты, составляя с нормалью к орбите угол 980.
Из-за большого удаления от Солнца Уран получает от него очень мало света и тепла — почти в 370 раз меньше, чем Земля, но его отражательная способность очень велика — самая высокая среди планет: сферическое альбедо равно 0,93, геометрическое альбедо — 0,57. Если Уран столь же эффективно отражает все тепловое излучение Солнца, то его температура на поверхности должна быть очень низкой — ниже 90 К (-1800 С).
Это подтверждается измерениями в инфракрасной области спектра, где средняя температура оказалась равной всего лишь 55 К. В то же время температура, измеренная в сантиметровом диапазоне заметно превышает 100 К, что свидетельствует о существовании потока тепла из недр планеты. Большое альбедо Урана говорит о наличии мощной атмосферы. Спектроскопическим методом на планете обнаружен молекулярный водород Н 2 (83%) и гелий (15%), на остальную долю приходится метан СН 4 с незначительными примесями более тяжелых углеводородов и аммиака. Давление атмосферы на уровне облаков оценивается в 3 атмосферы. Метан имеет линии поглощения в красной части видимого спектра. Этим и объясняется голубая окраска планеты.
Теоретические исследования внутреннего строения Урана привели к следующим результатам: в отличие от «больших гигантов», Уран имеет твердую поверхность. Его кора, окружающая горячее силикатно-металлическое ядро (ученые пока не пришли к единому мнению о его размерах), состоит из водяного льда, замерзшего аммиака, метана, моноксида и диоксида углерода. Сила тяжести у поверхности на одну девятую меньше земной (ускорение свободного падения 8,7 м/с2), средняя температура — 68 К (-2050С).
Плотный и однородный облачный слой долгое время не позволял определить размеры Урана и период его обращения вокруг своей оси. Наиболее точные данные были получены автоматической станцией Voyager
2. пролетавшей в окрестностях планеты
2. января 1986 года.: по полученным данным экваториальный диаметр оказался равен 51120 км, полярный — 49950 км. Этот же космический аппарат определил планетарное магнитное поле. Его напряженность примерно такая же, как у магнитного поля Земли, но его ось наклонена к оси вращения почти на 600 и к тому же не проходит через центр планеты. Эта особенность позволила по изменению интенсивности раиоизлучения Урана определить продолжительность его суток — 17 часов
1. минут (правильнее будет сказать, что это период вращения магнитного поля планеты).
В марте 1977 года во время закрытия Ураном звезды у него были найдены кольца, лежащие в той же плоскости, что и орбиты его сателлитов (второй после Сатурна случай обнаружения системы колец вокруг планеты Солнечной системы).
Уран движется вокруг Солнца, «лежа на боку». Скорее всего, такая аномалия вызвана столкновением с крупным небесным телом на ранних стадиях эволюции планеты. Как следствие является факт, что полюса Урана в сумме получают больше энергии, чем на экваторе.
Изначально в системе Урана находилось 5 колец (столько раз ослабел свет звезды перед тем, как она исчезла за диском планеты, и столько же раз — после того, как она появилась во время затмения планетой звезды).
Кольца состоят из очень темного материала, плохо отражают солнечный свет в видимой части спектра, и намного лучше — в инфракрасной: именно в этих лучах их впервые удалось сфотографировать. На снимках, полученных с автоматической станции Voyager
2. были идентифицированы еще четыре кольца. Далее, после подробного изучения фотографий, их общее число выросло до
13. Два последних кольца — самого большого диаметра (внешнее имеет радиус, вчетверо превышающий радиус планеты) — открыл орбитальный телескоп Hubble. Согласно индексации Международного Астрономического Союза (IAU), они получили обозначения R/2003 U1 и R/2003 U2.
Форма колец заметно отличается от круговой. Их ширина не превышает
1. км, только одно в самом широком месте (в апоцентре — самой удаленной от планеты точке) «расходится» почти до
10. км. Толщина колец оценивается в несколько десятков метров. Максимальные размеры частиц, из которых образованы кольца — приблизительно того же порядка.
Всего у Урана известно 15 спутников, которые движутся в экваториальной плоскости в направления вращения планеты. Все они слабы и доступны наблюдениям лишь с помощью крупных телескопов. Два спутника, более удаленные и самые яркие, — Титания и Оберон — были открыты Гершелем в 1787 году. Они расположены на расстояниях 582,6 и 435,8 млн. км от планеты. Это самые крупные спутники Урана. Менее яркие — Ариэль и Умбриэль открыты У. Ласселлом в 1851 году с помощью мощного телескопа, построенного им на основе Мальта. И, наконец, самый близкий к планете спутник — Миранда — американским астрономом Дж. Койпером в 1948 фотографическим путем (блеск 16,5 звездной величины).
Размеры спутников можно лишь грубо оценить по их блеску: самый крупный из них — Титания — имеет диаметр между 0,5 и 1,3 тыс. км, самый малый — Миранда — от
15. до
50. км.
Миранда — самый близкий к планете спутник из открытых в докосмическую эру. Радиус орбиты (большая полуось) — 130000 км. Совершает оборот за 1,4 земных суток. Диаметр
47. км. Движение обратное, совпадающее с направлением вращения Урана Относительно светлая поверхность покрыта нагромождением гигантских скал и кратеров. На ней найдены ущелья, которые имеют глубину 10 раз больше, чем Большой Каньон на Земле. Есть отвесный обрыв высотой
1. км. Кратеров на Миранде относительно мало.
Ариэль — большая полуось орбиты спутника — 191 тыс. км. Продолжительность оборота 2,5 земных суток. Диаметр 1160 км. Является одним из самых светлых спутников Урана (его поверхность отражает 40% света).
Покрыт сетью расщелин глубиной до
3. км, метеоритных кратеров больше, чем на Миранде, но меньше, чем более крупных спутниках. Крупные кратеры почти отсутствуют.
Умбриэль — большая полуось орбиты — 266000 км. Длительность оборота 4,1 суток. Поперечник 1170 км. Из больших спутников Урана он самый темный (отражает только 19% света).
Много метеоритных кратеров, отсутствуют следы вулканической активности. Кратер Бунда диаметром
11. км окружен светлым кольцом.
Титания — самый крупный — диаметр 1580 км — спутник Урана по диаметру более чем вдвое меньше нашей Луны. Многочисленные метеоритные кратеры обнаружены на поверхности. Присутствуют черты давней вулканической деятельности, характерны крупные тектонические разломы.
Оберон — второй по величине спутник Урана (поперечник 1520 км).
Обладает сильно кратерированной ледяной поверхностью с отсутствием признаков геологической активности (трещин, вулканов).
В Январе 1986 года на снимках, полученных с Voyager 2 были найдены десять новых спутников. В порядке увеличения радиуса орбиты их назвали Корделия, Офелия, Бианка, Крессида, Дездемона, Джульетта, Порция, Розалинда, Белинда и Пэк. Последние открытия спутников Урана получены с помощью телескопа Hubble в 2005 году. Их названия Мэб и Купидон.
Список использованной литературы
1.Джемс Джинс «Вселенная вокруг нас». Перевод со второго английского издания Н. Идельсона с предисловием М. Ширвиндта. Государственное научно-техническое издательство. Москва — Ленинград 1932 352 с.
2.Ю. Г. Перель «Развитие представлений о вселенной». Под редакцией проф. Б.В. Кукаркина. Государственное издательство физико-математической литературы. Москва 1958 352 с.
3.Большая советская энциклопедия. Главный редактор А.М. Прохоров. Москва. Издательство «Советская энциклопедия» 1974. Том 17, том 30.
4.И.Д. Новиков «Эволюция Вселенной». 3-е изд., перераб. И доп. Москва: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. Лит.,1990. 192 с. (Пробл. Науки и техн. Прогресса).
5.Журнал «ВСЕЛЕННАЯ, пространство, время» — №
1. декабрь 2006 46 с.
6.Журнал «ВСЕЛЕННАЯ, пространство, время» — № 1 январь 2006 50 с.
