Физические свойства больших планет

24 августа 2006 года, в последний день 26-й Генеральной Ассамблеи Международного астрономического союза, 2500 астрономов проголосовали за новое определение понятия планета. Теперь планетой называется небесное тело, которое:

a) обращается вокруг Солнца или другой звезды,
б) имеет достаточную массу для того, чтобы за счёт сил гравитации принимать гидравлически равновесную (то есть близкую к сферической) форму;
в) очищает окрестности своей орбиты (т.е. рядом с планетой нет других сравнимых с ней тел).

В Солнечной системе восемь (классических) планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Модель 1. Солнечная система

Карликовая планета — небесное тело, которое:
а) обращается вокруг Солнца,
б) имеет достаточную массу для того, чтобы самогравитация превосходила твердотельные силы, и тело могло принять гидростатически равновесную (близкую к сферической) форму,
в) не очищает окрестности своей орбиты,
г) не является спутником (планеты).

Плутон является «карликовой планетой» и рассматривается как прототип нового класса транс-нептуновых объектов.

Карликовыми планетами считаются Плутон, Харон (прежде называвшийся спутником Плутона), астероид Церера, обращающийся между орбитами Марса и Юпитера, а также объекты так называемого пояса Койпера Зена (Xena, объект UB313) и Седна (объект 90377), находящиеся еще дальше от Солнца, чем Плутон.

Все остальные объекты, обращающиеся вокруг Солнца, охватываются понятием «малые тела Солнечной системы».

По физическим характеристикам большие планеты делятся на две группы: планеты типа Земля (Меркурий, Венера, Земля и Марс) и планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун).

Планеты-гиганты значительно больше планет земной группы и по массе, и по размерам, значительно быстрее вращаются, имеют меньшую плотность. Примерно 98 % суммарной массы планет Солнечной системы приходится на массу планет-гигантов! Тепловой поток из центра Юпитера и Сатурна немного превосходит поток энергии, получаемой планетой от Солнца. Тепловой поток из центра Земли пренебрежимо мал по сравнению с потоком энергии, получаемой Землей от Солнца. Элементные составы планет земной группы и планет-гигантов резко отличаются друг от друга. Юпитер и Сатурн состоят их водорода и гелия примерно в той же пропорции, что и Солнце. У планет земной группы имеется много тяжелых элементов. Земля в основном состоит из железа (35 %), кислорода (29 %) и кремния (15 %). Наиболее распространенные соединения в коре — окислы алюминия и кремния. Таким образом, элементный состав Земли резко отличается от солнечного.

К планетам земной группы относится 4 планеты: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Меркурий — ближайшая к Солнцу планета Солнечной системы, у неё практически нет атмосферы, давление газовой оболочки, состоящей из гелия и, в незначительной степени, водорода, неона и аргона, в 500 млрд. раз слабее, чем у поверхности Земли. Постоянно рассеивающаяся атмосфера Меркурия непрерывно пополняется атомами из солнечной атмосферы. Поверхность Меркурия весьма напоминает поверхность Луны, она вся изрыта кратерами ударного происхождения.

Венера — ближайшая к Земле планета, почти совпадающая с ней по размерам и массе, но близость Венеры к Солнцу обусловила в 2 раза больший приток энергии на единицу площади поверхности, а наличие мощного парникового эффекта обуславливает высокую температуру поверхности.

Марс — планета Солнечной системы, которая больше других похожа на Землю. Марс в 1,5 раза дальше от Солнца, чем Земля. На единицу площади поверхности Марса падает лишь 43 % от той энергии Солнца, что падает на земную поверхность. Хотя атмосфера Марса в основном состоит из углекислого газа, но она очень разрежена, поэтому парниковый эффект повышает среднюю температуру всего на 3—5 К.

Юпитер — самая большая планета Солнечной системы, в 318 раз больше Земли по массе. Юпитер очень быстро вращается вокруг оси, каждая точка экватора движется со скоростью 45 тысяч километров в час. Из-за действия центробежных сил Юпитер заметно сплющен (коэффициент сжатия больше 6 %). Для атмосфер Юпитера и других планет-гигантов характерны ветра больших скоростей, дующие в пределах широких полос, параллельных экватору планеты, причем в смежных полосах на Юпитере ветра направлены в противоположные стороны. Эти полосы различимы даже в небольшой телескоп и находятся в постоянном движении; скорость ветра в тропиках достигает 660 км/ч.

Сатурн подобен Юпитеру по своим физическим характеристикам, но уступает ему по массе, размерам, мощности теплового потока из недр и активности атмосферы. Аммиачные облака в верхней части атмосферы мощнее юпитерианских, поэтому Сатурн не настолько «полосатый». Минимальная температура на Сатурне — 82 К — измерена радиолучом «Вояджера-2». Температура возрастает при погружении в атмосферу.

Уран и Нептун значительно меньше Юпитера и Сатурна по массе и размерам, но плотнее их. В химическом составе Урана и Нептуна увеличивается по сравнению с Юпитером доля гелия, метана, аммиака в атмосферах, воды и тяжелых химических элементов в глубоких слоях планет. Нептун — самая далекая из планет-гигантов, однако он излучает в пространство в 2,7 раза больше энергии, чем получает от Солнца.