Уран, Нептун, Плутон

- далекие от Солнца, слабо освещаются Солнцем, поэтому плохо изучены;

- Уран и Нептун по физическим свойствам похожи друг на друга. На 80% состоят из железа, 20% - водород, гелий.

- В 1978г фотоэлектрическими наблюдениями покрытий слабых звезд Ураном, у него обнаружены 9 темных колец.

- О физической природе Плутона мало известно. Сведения о нем противоречивы.

Лекция 19. Малые тела Солнечной системы

В группе малых тел Солнечной системы входят:

- астероиды – малые планеты;

- кометы;

- метеоры и метеоритные потоки;

- метеориты и болиды.

1. Астероиды -«звездоподобные» малые планеты диаметром от 1 до 1000 км, образующиеся вокруг Солнца. Орбиты астероидов преимущественно расположены между орбитами Марса и Юпитера.

Догадка о том, что между Марсом и Юпитером должна быть планета высказал Кеплер в 1596г. Почти 2 века спустя в 1772г немецкий ученый И.Тициус предположил эмпирическую формулу для больших полуосей орбит планет

а_п = 0,4 + 0,3 * 2 ⁿ(а.е) – Закон Тициуса – Боде.

n = 0 для Венеры

n= - ∞ для Меркурия

n=1- для Земли и далее по порядку.

При n=3 расстоянии 2,8 а.е. от Солнца должна быть планета. На Конгрессе астрономов в 1796г был принят проект ее поиска. Спустя 4 года был открыт первый астероид Церера (Дж.Пиацци, Италия), затем второй – Паллада (Г.Ольберс, Герм), затем открыты Юнона и Веста. К 1984 году надежно установлены около 3000 астероидов. Установлены их орбиты. Открытию многих астероидов способствовало применение фотографического метода при двухчасовой или трехчасовой выдержке. Вновь открытым астероидом присваиваются номера. Когда – то им присваивались женские имена из греческой мифологии, потом обычные женские имена, названия цветов, стран, городов, обсерваторий, затем выдающихся ученых, деятелей культуры не обязательно с окончанием женского рода. Например в честь Бредихина (857) и Глазенапия (852), Владилена – в честь Ленина. Но есть: Гагарин, Руднева, Северный, Харадзе, Масевич.

Малым планетам, орбиты которых выделяются какими – либо особенностями, присваивают мужские имена: Адонис, Аполлон, Гермес.

Около 98% астероидов двигаются на среднем расстоянии от солнца от 2,06 до 4,30 а.е. (между Марсом и Юпитером). С периодом обращения от 2, 96 до 8,92 года. Эта зона называется поясом или кольцом астероидов.Наклон орбиты у большинства не превышает 25º, но у некоторых до 50º. Эксцентриситет от 0,10 до 0,20. но есть астероиды с уникальными орбитами.

Таблица 13. Характеристики некоторых астероидов

В таблице: i – наклонение орбиты и плоскости эклиптики;

q- перигельное расстояние ,Q- афелийное расстояние.

В 1977г обнаруженХирон, не принадлежащий к поясу астероидов. Эксцентриситет e=0,379, a=13,7 а.е. Но в перигелии подходит к Солнцу на 1а.е.ближе, чем Сатурн.

Крупные астероиды:

- Церера (1000км);

- Паллада(610км);

- Веста (540км);

- Гигея (450км).

Только у 14 астероидов поперечник более 250км, у Гермеса - 1 км.

У таких малых тел не может быть сферической формы.

Массы астероидов:

Церера:(1,2-1,4)*10²¹ кг., т.е. в 4,4 тыс. раз меньше массы Земли.

Гермес: 10 ¹² кг.

Прямые измерения масс астероидов по их взаимным возмущениям при сближении имеются только у трех астероидов: Церера (1,2*10²¹ кг), Паллада (2,2 * 10²⁰ кг.), Веста (2,8*10²⁰ кг).

непосредственные измерения диаметров проводят во время покрытия звезд – для крупных астероидов размеры остальных оценивают по блеску (абсолютной звездной величине).

Плотность:от 2000 кг/м³ (каменные) до (7000-8000) кг/м³ (железно-никелевые).

Осевое вращение обнаружено у многих астероидов: Антигона, Эрос, Гидальго и др.

Орбиты большинства астероидов подвержены возмущением от гравитационного воздействия больших планет, главным образом Юпитера. Но есть 2 группы астероидов «греки» и «троянцы». Они движутся на угловом расстоянии 60º от Юпитера (одна группа впереди, другая за ним) в точках либрации. То есть центр масс этих групп, Юпитер и Солнце образуют два равносторонних треугольника, которые не подвержены заметному возмущению.

«Греки»(10): Агамемнон, Антилох, Ахиллес, Аякс, Диомед, Менеллей, Нестор, Одиссей, Патрокл, Птеламон.

«Троянцы»(5): Анхиз, Гектор, Приан, Троил, Эней.

Это имена героев троянской войны.

Орбиты астероидов располагаются так, чтобы возмущения были минимальными.

Люки Кирквуда – это область орбит с периодами обращения вокруг Солнца, сравнимыми с периодом обращения Юпитера. Астероидов с такими орбитами очень мало. Это резонансные астероиды.

Известно около 50 астероидов с большими эксцентриситетами и малыми перигельным расстоянием. У астероидов группы Аполлона перигелий внутри орбиты Земли, а у группы Амура – между Землей и Марсом. При возмущении астероиды группы Амура могут попадать внутрь орбиты Земли. При падении на Землю астероидов диаметром более 1 км образуется кратер диаметром не менее 10 км. Такие события 1 раз в 100 тыс. лет.

Скорость вращения астероидов оценивается по периодическим колебаниям блеска. Для крупных астероидов периоды от 5 до 20 часов. Мелкие,по – видимому, вращаются быстрее.

Распределение скоростей вращения близко к максвелловскому, ориентация осей вращения – случайна. Только самые крупные Цецера, Паллада, Веста имеют прямое вращение, то есть вращаются в ту же сторону, что и Земля.

Происхождение астероидов – рассматриваются две возможности (гипотезы):

- астероиды – результат распада ранее существовавшей планеты (одной или нескольких);

- астероиды – по каким – то причинам не сформировавшаяся планета.

Примечание -Небесные тела размером менее 1 км называют метеоритами.

Более 40% всех астероидов образуют свыше 50 семейств (групп). Предполагается, что такие группы образованы дроблением при столкновениях. Самое большое семейство Флоравключает 250 членов. В семействе часто встречается так, что масса одного члена значительно превышает суммарную массу всех остальных членов семейства.

Дробление астероидов продолжается и в настоящее время.

Кометы.

«Кометес» - хвостатая , косматая(с греч).

Яркие кометы с большим хвостом появляются 1 раз в 10 – 15 лет. Резко меняют свой вид при приближении к Солнцу. Вдали от Солнца – небольшой диск, вблизи – появляется «хвост» в противоположную от солнца сторону. У кометы может быть несколько хвостов.

Принадлежность комет к солнечной системе, означает, что они вращаются вокруг солнца по определенным орбитам.

Впервые на это указал Галлей (англ.). Анализируя данные о траекториях комет, за много лет он обнаружил, что одна комета появилась дважды. Вычислил период её эллиптической орбиты 76 лет. Результат подтвердился следующим приходом данной кометы. Её называют кометой Галлея.

Рисунок72. Комета Галлея в мае 1910 г.

Обозначения комет. Пример:

Комета: 1916 II. Нейумина – 2.

Смысл: появилась в 1916г, II – 1916 это была вторая замеченная комета, 2 – вторая комета, открытая Нейумином. Ежегодно открывалась 5-10 комет.

Орбиты: эллипсы с различными наклонениями и эксцентриситетами. У многих e≈1, то есть эллипс сильно вытянут и орбиту трудно отличить от параболы. У таких планет период обращения до сотен тысяч лет и удаление от солнца на тысячи а.е.

Комета 1845 III:

Перигей q = 0,401 а.е.; а = 4560 а.е.; е = 0,99991. Наблюдались i = 131⁰.

Кометы, не принадлежащие солнечной системе. Они проходят вблизи солнца по параболической или гиперболической траектории и уходят в межзвездное пространство. (1965 VIIIИкейн – Секи, q=0,0083а.е) такие кометы называют параболическими.

Принадлежащие солнечной системе планеты – периодические:

ü долгопериодические (Т>20 – 25 лет);

ü короткопериодические (Т <20 лет).

Самая коротко – периодическая с Т=3,3 года комета Энкс – Баклунда.

Семейство Юпитера – группа более 90 короткодействующих комет, афелии орбит которых вблизи орбиты Юпитера. Период от 4,9 до 10 лет.

Аналогичны семейства Сатурна (Т = 12-20 лет), Урана (Т = 27-20 лет), Нептуна (Т = 60-100 лет).

Особенность орбит – возмущение со стороны план, в особенности Юпитером и Сатурном. Орбита может значительно изменяться. Пример: короткопериодическая комета Отерма:

- открыта в 1943, орбита в поясе астероидов, почти окружность, видна на всех участках орбиты, Т=7,92 года;

- в настоящее время: Т=15 лет, орбита сильно вытянута, а=6,08 а.е, в афелии уходит далеко за орбиту Юпитера.

В большинстве случаев размер орбит комет в тысячи раз больше поперечника планетной системы. Вблизи афелиев своих орбит кометы проводят большую часть времени. Поэтому на далеких окраинах солнечной системы существуют облако комет – Облако Орта. Его происхождение – выбросы ледяных тел из зоны планет – гигантов во время их образования. В облаке Оорта до 10¹¹ кометных ядер. Их расстояние от Солнца 10⁵а.е, а период обращения вокруг Солнца 10⁶ - 10⁷ лет. Орбиты комет скрещиваются с орбитами планет. Могут быть столкновения. Результатом таких столкновений могут быть кратеры на Луне, Меркурии, Марсе, а также Тунгусское явление.