Плутон

ГРАНИЦА СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

      Человеку всегда было интересно узнать о мире, который его окружает. В начале это были познания о тех вещах с которыми он сталкивался каждый день. В процессе долгих тысячелетий эволюции он стал задумываться о размерах и объемах своего обитания. Не редко его посещал вопрос: А что будет если все время идти прямо, куда я попаду? Все чаще человек поднимал свой взор к небу, особенно ночью, когда оно было в сплошь усеяно звездами. Яркие огоньки на ночном небосклоне не давали ему спать. Благодаря интересу к познанию он изобрел первый телескоп и стал изучать темные и неизведанные просторы космоса. Только один облик Луны, которую мог видеть еще первобытный человек, дал ясно понять людям, что тот мир в котором они живут – не единственный, а многочисленное количества звезд на ночном небе не заставляло их усомнится в этом. Древние наблюдения  XIV века до н.э, благодаря которым были обнаружены Меркурий, Марс и наш «сиамский близнец» Венера, подталкивали человечество к новым открытиям и познаниям. Сколько не уготовано природой жить людской расе на Земле, человек всегда будет стремится к новым достижениям, открытиям новых миров, познанию самых отдаленных уголков Вселенной, и ничто его перед этим не остановит. Когда в 1610 году Галилео Галилей обнаружил Сатурн, считалось, что орбита шестой планеты является границей Солнечной системы, а за ее пределами начинается межзвездное пространство. Спустя полтора века был открыт Уран, а затем Нептун и Плутон. До 1992 года ученые и астрономы не могли окончательно ответить о том, что находится за Плутоном, хотя были уверены в том, что Солнечная система может простираться на многие миллиарды километров дальше от орбиты Плутона. Открытие Пояса Койпера, состоящего из десятков или даже сотней тысяч объектов, стало настоящей революцией в области космологии и астрономии. Если по старинке считать Плутон полноценной планетой, то тогда в нашей Солнечной системе не девять, а не менее 1000 планет.  Последнее 20-тилетие открыло перед взором человека «двери» за которыми скрываются громадные площади космического простора. Их изучать предстоит еще будущим поколениям.

       Но даже внешняя граница гигантского кольца, именуемого Поясом Койпера и находящаяся на расстоянии 55 а.е (8,3 млрд км) не является краем Солнечной системы. Оказывается чтобы достигнуть того места, где скорость солнечного ветра практически отсутствует, а сила гравитации Солнца стремится к нулю необходимо преодолеть громадное расстояние, даже для космического корабля такой путь может затянуться на целые десятилетия. Открытия и знания полученные в течении последних лет, позволило ученым составить подробную карту Солнечной системы. За Поясом Койпера простирается обширная область пространства, слабо заселенная космическими телами и называемая также рассеянным диском. Некоторые ученые относят рассеянный диск к Поясу Койпера, поскольку множество объектов в разных точках орбиты находятся в этих двух областях. Например, одна из крупнейших карликовых планет Эрида в перигелии отдалена от Солнца на расстоянии 38,46 а.е (5,75 млрд. км), тем самым находясь в Поясе Койпера. А в афелии, т.е в точке орбиты при максимальной отдаленности от Солнца, это расстоянии увеличивается до 97,6 а.е (14,6 млрд. км), а значит Эрида уже покидает Пояс и попадает в область «рассеянного диска». Некоторым объектам рассеянной области требуется более 500 лет, для того чтобы полностью обернуться вокруг Солнца. 

 Орбита одного из крупнейших объектов рассеянного диска. Как видно, чем дальше объект

 расположен от Солнца, тем сильнее искажается его орбита. У Меркурия, Земли и Марса

 эксцентриситет незначителен, поэтому их орбиты по форме почти правильные окружности

        Если ученым более менее ясно где заканчивается внешняя граница Пояса Койпера, то определить точные границы рассеянного диска ни кому не под силу. Вероятнее всего рассеянная область постепенно переходит в так называемое Облако Оорта, которое состоит из триллиона ледяных объектов и является источником появления долгопериодических комет. Транснептуновый объект, а также кандидат в карликовые планеты, Седна расположена в Облаке Оорта. Ее сильно вытянутая и искаженная орбита поддерживает Седну на расстоянии 76 а.е  – 976 а.е от Солнца (11,37 млрд. км – 146 млрд км). Расстояние между звездой и Седной настолько велико, что ему требуется около 12 тыс лет для полного оборота вокруг Солнца. Внешняя граница Облака Оорта находится на расстоянии около 65 000 а.е, примерно 1 световой год. В тоже время эта область должна заканчиваться там, где сила притяжения Солнца практически отсутствует, а это не менее 130 000 а.е или 2 световых года. Именно эту область и следует принимать за границу Солнечной системы. Любое тело, лежащее дальше этой отметки, не захватится силами гравитации Солнца, а останется витать в межзвездном пространстве.

 Транснептуновый объект Седна, расположенный вероятно в Облаке Оорта. Седна в два раза 

меньше Плутона, а ее диаметр равен примерно 1400 км. У Седны очень сильно вытянутая 

орбита, эксцентриситет составляет 0,89. В афелии объект находится на расстоянии 146 млрд. км 

(в 24,7 раз дальше чем Плутон). Орбитальный период Седны равен 11 400 земных лет 

       Саму граница Солнечной системы делят на внешнюю и внутреннюю. Внутренняя граница – это область где происходит торможение солнечного ветра и в конце концов поглощение его в межзвездной среде. Известно – что поток ионизирующих частиц, называемый также солнечным ветром, истекает от Солнечной короны со скоростью 1000 км/с. По мере отдаление от звезды скорость солнечного ветра снижается и в конечном итоге сливается с межзвездным пространством. Происходит это на расстоянии всего 130 а.е (19,45 млрд.км). Область соударения солнечного ветра с частицами межзвездной среды носит название «гелиопауза», а также внутренняя граница Солнечной системы. Внешняя или основная  граница, как описывалось выше, начинается там, где Солнце своей массой уже не способно удержать какое-либо тело и галактическая гравитации преобладает над солнечной. Объект находящийся за пределами этой границы становится своего рода отдельной «звездой» и может образовывать новую звездную систему, поскольку движется только относительно центра галактика (черной дыры), а не вокруг другого более крупного, чем он тела. Ближайшая от нас звезда Проксима Центавра расположена на расстоянии 4,2 световых года от Солнца. Она в 8,3 раза легче, чем наша звезда и поэтому ее гравитационное поле простирается не более чем на 15 600 а.е (0,24 световых года). При том , что радиус гравитационной сферы Солнца составляет 2 св. года, то область межзвездного пространства, где тело не привязано к силам притяжения Солнца и Проксимы Центавра равна 4,2-2-0,24=1,96 св. лет. Как правило  в таких участках космоса время от времени образуются новые звезды.

Внутренняя граница Солнечной системы заканчивается гелиопаузой, там где солнечный ветер полностью
останавливается и соударяется с частицами пыли межзвездного пространства.  Расстояние до гелиопаузы
приравнивается к 130 а.е или 19,45 млрд. км. Однако внешняя граница, где происходит полное затухание
гравитационных сил Солнца, простирается на много дальше, примерно на 1,5-2 световых года  
(19,448 триллионов километров)

       Как не пытается человечество, но заглянуть в просторы космоса на расстояние, соизмеримое со световыми годами, довольно сложно. На смену глазу человека пришли комические аппараты, которые продолжают изучать нашу планетарную систему. Тем не менее ни одному из них пока не удалось покинуть Солнечную системы. Аппарат «Вояджер-1» 13 декабря 2010 года достиг гелиопаузы, где солнечный ветер полностью останавливается и переходит в межзвездную среду. Тем самым зонд приблизился к внутренней границе Солнечной системы. Вояджер-1 является самым отдаленным комическим аппаратом от Земли. Он больше никогда не вернется на нашу планету, для него уготована судьба в исследовании отдаленных уголков Солнечной системы. Сейчас Вояджер-1 находится на расстоянии 120 а.е от Солнца. По предварительным расчетам, через 40 000 лет аппарат пройдет на расстоянии 1,7 световых лет от звезды Росс. А через 296 000 лет приблизится к Сириусу на 4,3 световых лет. Спустя 1 млн. лет корпус Вояджера повредится и искорежится мелким космическим мусором, однако зонд продержится в космосе примерно 1-2 млрд. лет. Быть может, однажды, когда человечество полностью вымрет, а наша планета перестанет существовать, зонд доберется до звезды подобной нашему Солнцу. Там аппарат приземлится на какую-то планету, а местные жители смогут расшифровать послание, о том что, недалеко от центра галактики Млечный путь, в одной из миллиардов звездных систем, когда-то существовала планета Земля и населяли ее самые разнообразные обитатели, в том числе и человек. Сама планета была покрыта зеленым покровом лесов и деревьев, глубочайшими каньонами и высокими горами, обширными пустынями и заледеневшими на века участками Южного полюса, а также голубыми водами Мирового океана. И все это происходило под теплыми лучами яркого, ослепляющего и одновременно так необходимого, Солнца.

Нептун

Нептун - восьмая планета от Солнца, а также официально последняя планета в Солнечной системе. По размерам, Нептун четвертое крупнейшее тело в планетарной системе, после Юпитера, Сатурна и Урана. Поскольку Нептун в основном состоит из ледяной атмосферы, а не как Юпитер из водорода и гелия, то планету относят к категории "ледяных гигантов". Масса Нептуна в 17 раз больше земной массы и примерно в 20 раз меньше чем у Юпитера. Средний радиус планеты около 24 760 км

Некоторое время Нептун назывался "планетой Лаверье", в честь его первооткрывателя. 29 декабря 1846 года директор Пулковской обсерватории Василий Струве, предложил называть планету Нептуном, которому соответствовал римский бог и владыка морей и океанов. Морской Нептун почитался людьми, связанными с морем или отправлявшимися в морское путешествие

На рисунке представлены четыре планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун на фоне огромного солнечного диска. Нептун расположен на расстоянии 4,5 млрд. км от Солнца. Полный оборот вокруг Солнца восьмая планета совершает за 164,8 лет. Эксцентриситет орбиты Нептуна составляет 0,011, тем самым расстояние от Солнца в течении года меняется в пределах 101 млн. км - разница между перигелием и афелием, то есть ближайшей и самой отдалённой точками положения планеты вдоль орбитального пути. Сигналам, посылаемым с борта зонда "Вояджер-2" требовалось более 4-ых часов, для того чтобы достигнуть Земли

Облака из сконденсировавшегося аммиака и сероводорода в верхних слоях атмосферы Нептуна. Некоторые облачные полосы оборачиваются вокруг планеты на постоянной широте и достигают толщины до 150 км. Данное фото было зафиксировано во время пролета "Вояджера-2" в августе 1989 года

 Внутреннее строение Нептуна:
1. Верхние, наиболее облачные слои атмосферы
2. Водородно-гелиевая атмосфера, с примесями метана.
Толщина всей атмосферы около 5 000 км
3. Жидкая мантия из льдинок аммиака, метана и воды - толщиной 7 000 км;

4. Внутреннее ледяное ядро из железа и камней и омывающий
 его алмазно-кристаллический океан - радиус 9-13 тыс. км

Снимок Большого Темного Пятна - гигантского вихря, в поперечной длине около 13 000 км.  Такой бушующий ураган был обнаружен аппаратом "Вояджер-2" В 1989 году. Из-за своего  передвижения вихрь исчез из видимой части планеты ориентировочно в 1994 году.  Вместо него новое похожее образование было обнаружено в северном полушарии планеты

У восьмой планеты насчитывается 13 естественных спутников. Крупнейшие из них: Тритон (диаметр 2707 км), Протей (диаметр 420 км), Нереида (диаметр 340 км). О спутнике Наяда и Талласа мало, что известно, поскольку "Вояджер-2" во время пролета находился на большом расстоянии от объекта. Небольшая луна Несо, радиусом 30 км, вращается на расстоянии 48,4 млн. км, с орбитальным периодом 25,7 лет

Луну стали именовать Тритоном, в честь древнегреческого бога и сына Посейдона. Тритон - самый большой спутник Нептуна, а также седьмая по размерам луна в Солнечной системы.В 1846 году, спустя 17 дней со дня открытия планеты, английский астроном Уильям Лассел, на диске Нептуна заметил довольно крупный объект. Несомненно астроном принял его за спутник. Тритон расположен на расстоянии 354,8 тыс км от центра Нептуна и около 330 тыс км от видимых его облаков. Одно обращение спутник совершает за 5 дней 21 час и 7 минут при средней орбитальной скорости 15 800 км/ч

Поверхность Тритона покрыта метановым и азотным льдом и поэтому довольно хорошо отражает солнечный свет

Поверхность Тритона в представлении художника. На фоне гиганта Нептуна показан 

вулканический гейзер, выбрасывающий на высоту около 8 км фонтан из азотных

 частиц и твердых пород. Часть из них остаются в атмосфере, а часть оседают

 на поверхность в виде белого, как на Земле, снега

Семь крупнейших лун Солнечной системы. Внизу слева показан Меркурий для сравнения размера планеты с размерами спутников. Две самых больших луны Ганимед и Титан превышают по объему Меркурий и Плутон. Ихние диаметры 5270 и 5152 км соответственно. Для сравнения диаметры Меркурия и Плутона 4880 и 2390 км. Каждый спутник обладает своей загадочностью, например: поверхность Титана покрыта метановыми реками, в которых вполне может существовать жизнь; Европа - усеяна многочисленными расщелинами, а под ее толстой ледяной корой могут обитать примитивные подводные организмы; Ио славится своей высокой геологической активностью - потоки лавы довольно часто поднимаются в космос на высоту около 100 км и затем падают на поверхность; наша Луна два раза в день своим гравитационным влиянием вызывает морские приливы и отливы

С близкого расстояния Нептун изучал лишь один космический аппарат - "Вояджер-2". Он оттолкнулся от поверхности Земли 20 августа 1977 года и только спустя 12 лет добрался до восьмой планеты. Максимальное сближение аппарата с Нептуном составляло 48 000 км.Благодаря полученным изображениям, ученые установили наличие у планеты слабой системы колец из каменных ледяных частиц. Внешняя граница кольца заканчивалась на расстоянии 63 000 км от центра планеты или 38 200 км от видимой поверхности Нептуна. 25 августа 1989 года "Вояджер-2" пролетел мимо двух спутников Тритона и Нереиды, в этот же день аппарат максимально приблизился к планете на расстояние всего 4 400 км. Кроме того зонд подтвердил существования магнитного поля Нептуна и открыл пять новых спутников планеты: Наяда, Таласса, Деспина, Галатея и Протей

Снимок Нептуна и его спутника снизу - Тритона

Уран

Голубая планета Уран - седьмая от Солнца, третья по диаметру и четвертая по массе планета в Солнечной системе. Был открыт при наблюдениях в телескоп английским астрономом Уильямом Гершелем в марте 1781 года. Экваториальный радиус Урана составляет порядка 25.56 тыс км, что более чем в два раза меньше чем у Юпитера и Сатурна. За счет вращения планета сплющивается в полярных точках, тем самым вертикальный радиус на 627 км меньше экваториального. Плотность Урана близка к Юпитеру, однако в два раза превышает, чем у Сатурна. Пожалуй главной особенностью планеты, является его странное вращение вокруг собственной оси. В отличии от других планет, Уран вращается "лежа на боку", и похож на катящийся шар по орбите вокруг Солнца, поскольку плоскость экватора Урана наклонена к плоскости его орбиты под углом 97,86°. К примеру у Земли такой угол равен 23,4°, у Марса - 24,9°, у Юпитера всего 3,13°. Такое аномальное вращение способствует совсем иному представлению о смене времен года на планете. Каждые 42 земных года, Уран подставляет то южный то северный полюс к Солнцу. Поэтому 42 года один из полюсов находится в абсолютной темноте, а другой наоборот освещен солнечными лучами

Статуя Урана, древнейшего греческого бога неба и первого царя Вселенной

Сравнение размеров девяти планет Солнечной системы. Огромный шар с белыми и коричневыми полосами принадлежит Юпитеру, справа от него вторая по размерам планета Сатурн. Две сферы в среднем ряду (Нептун и Уран) очень похожи по размерам. Диаметр Урана больше чем у Нептуна всего на 1600 км. Планеты внизу относятся к типу планет земной группы, крупнейшие из них Земля и ее сестра Венера. С 2006 года самой мелкой планетой считается Меркурий, поскольку занимавший это положение Плутон, с этого времени перестал быть обычной планетой и перенесся в категорию карликовых планет

Основными компонентами всех газовых гигантов, в том числе и Урана, является водород и гелий. В нижний слоях атмосферы "голубой планеты" встречается 2-3 -ех процентное содержание метана, этана и других углеводородных элементов

Внутренняя структура Урана

Атмосфера (тропосфера) из водорода, гелия и аммиака, толщиной 300 км;

Жидкий водород, толщиной 5 000 км;

"Ледяная" мантия из жидкой воды, аммиака и метана, толщиной 15 150 км;

Твердое ядро из каменных пород и металлов, радиус 5 110 км. 
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 высокотемпературных модификаций льда — по этой причине специалисты выделили эти две планеты в отдельную категорию "ледяных гигантов". На границе между твердым ядром и ледяной мантией температура достигает 5000-6000 °C, а давление может подниматься до 8 миллионов земных атмосфер

Уран движется по орбите на среднем расстоянии от Солнца 2,87 млрд. км при орибитальной скорости 24 500 км/ч. Пока Уран полностью обернется вокруг звезды, пройдет 84,32 земных года. Каждые сутки на планете длятся по 17-17,5 часов

Первый атмосферный вихрь, замеченный на Уране. Снимок получен космическим телескопом "Хаббл". Климат голубой планеты намного спокойнее его соседей (Нептуна, Сатурна и Юпитера). На экваторе ветра являются ретроградными, то есть дуют в обратном по отношению к вращению планеты направлении. Максимальная скорость ветра, зафиксированная в северном полушарии атмосферы Урана, составляет более 250 м/с

Положение колец Урана в разные периоды наблюдения

До сегодняшнего времени у Урана замечено 13 колец, состоящие из частиц диаметров от нескольких миллиметров до 10 метров. Как и кольца Сатурна, кольца Урана состоят из чистого водяного льда и имеют высокую отражательную способность. Внешнее кольцо μ состоящее из бесконечного множества мелких пылинок, вращается от центра планеты на расстоянии около 100 000 км, имея при этом толщину не более 150 м

 

Изображение в естественном цвете (слева) и в более дальних частях видимого спектра (справа), позволяющие различить облачные полосы и атмосферные зоны. Снимки получены космическим аппаратом "Вояджера-2" в 1986 году

Уран - в окружении своих крупнейших лун

 Пять крупнейших лун Урана. На рисунке они показаны в правильном расположении от планеты.  Миранда - ближайший спутник голубой "звезды" (129 400 км), Оберон - самый отдаленный (583 500 км). Близнецы Ариэль и Умбриэль имеют практически одинаковые размеры: диаметр 1158 и 1169 км соответственно. Ближайшая луна Миранда находится на расстоянии всего 105 тыс км от "голубого хозяина", продолжительность одного оборота вокруг Урана - 1,4 суток. За орбитой Оберона, так же как и до орбиты Миранды, тоже есть спутники, только они очень маленькие (диаметром до 200 км) и более века их не удавалось обнаружить

Горный ландшафт Миранды, на фоне голубого диска Урана

Изображение художником поверхности одной из крупнейших лун голубой планеты - Оберон

Снимок Титании в спектральных цветах, самого большого спутника Урана, а также восьмого по массе среди остальных спутников планет Солнечной системы. Титанию не стоит путать с крупнейшей луной Сатурна, Титан

 Снимок Урана аппаратом "Вояджер-2" при максимальном сближении с планетой на 81 500 км

В истории исследования планет, к Урану лишь один раз добралась земная космическая станция. Аппарат НАСА "Вояджер-2" пересек орбиту голубой планеты в 1986 году. Максимальное сближение составляло 81,5 тыс км. Аппарат провёл изучение структуры и состава атмосферы Урана, обнаружил 10 новых спутников, изучил уникальные погодные условия, вызванные осевым креном в 97,77°, и исследовал систему колец. 18 марта 2011 года орбиту Урана пересек зонд "Новые горизонты", запущенный с целью изучения карликовой планеты Плутон и его спутника Харон. В момент пересечения, Уран находился на противоположной стороне орбиты, поэтому аппарат не смог запечатлеть качественные снимки голубой планеты. Европейское космическое агентство планирует к 2021 году запустить проект под названием "Uranus Pathfinder", в основе которого будет положен запуск зонда к внешней границы Солнечной системы, в том числе изучение Урана и Нептуна